电化学糖基化分析方法研究

In this project, we will develop sensitive, cheap and specific electrochemcial methods for glycosylation and glycosyltransferase activity analysis, and inhibitor screening based on the fact that glycosyltransferases catalyze the transfer of a sugar moiety from an activated donor sugar onto saccharide, nonsaccharide acceptors, polypeptides,lipid and even DNA, which will be recognized by lectins, antibody and aptamer. To improve the sensitivity, functional nanostructure biointerface will be build, and multiple amplification techniques based on the nanomaterials, enzyme catalysis,nucleic acid biocode and amplification will be developed. we will also study how the O-GlcNAc glycosylation will be affected by other post-translational modifications process such as phosphorylation and small molecule inhibitors. Finally, an electrochemial sensor array will be build for the high-through glycosyltransferase profiling and inhibitor screening. The developed methods and techniques will help to understand how the protein glycosylation take place, develop and be affected during cellular signal transduction, and it will also provide a promising way to identify the etiopathogenesis of cancers, as well as the early diagnosis, therapy and drug screening applications.

)：本项目将以功能纳米生物电化学界面为平台，基于糖基转移酶将糖原转移到多肽和蛋白特定的位点，将糖分子与凝集素、抗体和核酸适配子等识别分子的识别和界面电化学信号转换有机结合，通过电化学活性分子探针、纳米和活性生物分子标记技术，发展纳米放大、酶放大和核酸扩增及编码信号放大技术，建立价格低廉、灵敏、特异的电化学糖基转移酶活性分析和抑制剂筛选方法。利用所建立的生物分析方法，认识不同环境条件下蛋白质或多肽表面O-连接N-乙酰氨基葡萄糖糖基化和磷酸化水平的变化和相互影响，探索小分子抑制剂对糖基化水平的干扰，发展电化学阵列糖基化转移酶抑制剂药物筛选技术，从分子水平乃至细胞水平上认识糖基化转移酶在蛋白质及在细胞生理过程中的糖基化发生、发展的规律和信号传递机制，最终为一些重大疾病发病机制的阐明，早期诊断、治疗和药物筛选提供技术支持。

糖基化是最常见的蛋白翻译后修饰形式之一，体内蛋白质近70%为糖蛋白。蛋白质的糖基化影响蛋白的功能，在免疫保护、病毒的复制、细胞的生长、细胞与细胞之间的黏附、炎症的产生等许多生物过程中起着重要的作用。糖基化异常经常导致一些疾病的产生。然而由于糖结构、功能及其在细胞表面表达的复杂性，高效的糖基化分析非常缺乏，这些问题的研究对于揭示聚糖分子的构-效关系、糖基化相关疾病的诊断、防治及药物的开发方面具有重要的意义。.在基金委面上项目支持下，我们在糖基化电化学分析领域开展了深入系统的研究工作，构筑多维结构电化学界面，促进了界面电子转移和糖分子及细胞表面聚糖识别，发展了多种高效分子识别和信号放大探针，显著提高了检测灵敏度，建立了多价识别的翻译后修饰相关的N聚糖基化电化学分析新方法，实现了细胞及其表面N聚糖的实时分析。上述成果在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Anal. Chem.(5篇)，Nanoscale (3篇), Biosensor. Bioelectron. (3篇)等刊物上发表论文17篇，他引400余次。其中“基于纳米银表面等离子体增强的细胞表面特定蛋白上唾液酸成像分析”作为Nanoscale期刊的内封面文章发表。受邀在学术期刊TRAC-Trend in Anal. Chem.撰写题为“Nanomaterials in carbohydrate biosensors”的综述论文。.该项目执行期间，申请中国发明专利5项，指导和培养博士生3名和硕士生8名，其中毕业硕士4名。.该项目执行期间，一人入选基金委优青（2016年）；获国家自然科学奖二等奖（2015年，排名第三）