构建大肠埃希菌底盘细胞合成N-糖基化蛋白的研究进展

N-糖基化是自然界中主要的翻译后修饰之一,对蛋白质结构和功能的影响十分重要。随着糖工程领域的快速发展,在大肠埃希菌(Escherichia coli)中完成治疗性蛋白的N-糖基化修饰变得更加普遍。利用基因编辑技术对大肠埃希菌基因组进行编辑,使大肠埃希菌获得新的性状和生产能力,可以提高目标糖蛋白的产量。本文综述了通过基因编辑技术改造大肠埃希菌基因组来构建大肠埃希菌底盘细胞,及在此基础上优化N-糖基化效率以提高N-糖基化蛋白产量的研究进展,为构建具有N-糖基化修饰功能的工程菌株提供依据,为更好地进行糖蛋白生产,及进一步高效开发“糖蛋白工厂”提供策略。     

植物蛋白质O-糖基化修饰的研究进展

糖基化是最主要的蛋白质翻译后修饰方式之一,主要有N-糖基化、O-糖基化和糖基磷脂酰肌醇锚定修饰三种类型。在植物细胞中, O-糖基化修饰广泛发生,它不仅参与蛋白质转录调节、信号转导,还与细胞壁合成等生物学过程紧密相关。在多种O-糖基化修饰类型中, O-N-乙酰氨基葡萄糖(O-GlcNAc)糖基化修饰结构独特、易于检测和表征,因此已经有许多相关技术实现了对其的表征。然而,其他类型O-糖基化修饰蛋白的结构和功能仍有待更全面的研究。该文综述了植物蛋白中不同类型O-糖基化修饰的相关研究进展,总结了植物O-糖基化修饰蛋白检测技术的优缺点,最后展望了这些技术在植物蛋白质O-糖基化修饰研究中的应用前景。     

N-糖基化位点鉴定方法和非经典N-糖基化序列

蛋白质的N-糖基化修饰是生物体调控蛋白质在组织和细胞中的定位、功能、活性、寿命和多样性的一种普遍的翻译后方式。N-糖基化位点是理解糖链功能的重要前提之一。应用新的糖蛋白、糖肽富集技术和质谱技术,科学家们在不同组织中完成了对N-糖基化位点的鉴定。此外,不同于经典三联子的N-糖基化序列的发现使人们对N-糖基化过程的认识向纵深发展。     

原核生物糖基化修饰系统及其应用前景

传统认为只有真核生物才有蛋白质糖基化修饰现象,虽然在原核生物细胞中发现糖蛋白的存在已经有数十年,但是没有引起我们足够的重视。最近,在细菌中发现了蛋白质的糖基化修饰系统,最具代表性的是空肠弯曲弧菌的N-糖基化修饰系统、脑膜炎奈瑟球菌和绿脓杆菌的O-糖基化修饰系统。这些糖基化修饰系统已成功地转移到大肠杆菌中,并且独立发挥其糖基化修饰作用。寡糖转移酶在修饰过程中起关键作用,且寡糖转移酶对糖底物的特异性要求非常低,这使得按照我们的需求来"定制糖蛋白"成为可能,并标志着"原核生物糖基工程"的到来,这将为糖结合疫苗的发展提供良好的契机。     

人朊蛋白不同N-糖基化修饰突变体的构建及其在哺乳动物细胞中表达

构建并表达人朊蛋白N-糖基化修饰位点突变的真核表达载体,有助于进一步研究朊蛋白N-糖基化修饰的生物学功能。定点突变野生型人朊蛋白基因PRNP,将获得的突变体亚克隆至真核表达载体pcDNA3.1中,并在人宫颈癌细胞株HeLa中瞬时表达各种朊蛋白糖基化修饰位点突变体,利用免疫印迹和糖苷酶消化等糖蛋白分析方法鉴定表达产物的糖基化形式。经Western blot鉴定,野生型和突变型朊蛋白表达产物出现不同形式的泳动特征,分别出现特异性糖基化修饰的多个条带,单糖基化修饰的两条条带和无糖基化修饰的一条条带。经PNGase F糖苷酶消化,野生型和糖基化单点突变型表达产物均能被糖苷酶消化,其分子量下移,去糖基化突变型表达产物的分子条带位置不变。通过突变野生型人朊蛋白基因PRNP的N-糖基化修饰位点,获得单糖基化修饰和去N-糖基化修饰的6种人朊蛋白突变体,并能够在HeLa细胞株中瞬时表达单糖基化修饰和去N-糖基化修饰朊蛋白,为进一步研究朊蛋白的相关功能建立良好基础。     

蛋白质O-GlcNAc糖基化修饰对tau蛋白磷酸化修饰的影响

蛋白质的O位N-乙酰葡萄糖胺(O-GlcNAc)糖基化修饰是一种新近发现的广泛存在于细胞核蛋白与细胞浆蛋白的蛋白质翻译后修饰.其性质与经典的膜蛋白和分泌蛋白的糖基化修饰不同,而与蛋白质磷酸化修饰更相似.O-GlcNAc糖基化和磷酸化均修饰tau蛋白的丝氨酸和苏氨酸残基,通过改变O-GlcNAc糖基化供体底物浓度以及其关键酶活性等方法,改变分化后成神经细胞样的PC12细胞中的蛋白质O-GlcNAc糖基化修饰水平,然后用特异性识别不同位点磷酸化的tau蛋白抗体,进行蛋白质印迹分析来检测tau蛋白磷酸化水平的变化.结果发现细胞内蛋白质O-GlcNAc糖基化对tau蛋白磷酸化的影响,在不同的磷酸化位点其影响不同.增加蛋白质O-GlcNAc糖基化修饰导致tau蛋白大多数磷酸位点的磷酸化水平降低,反之亦然.这些结果说明,tau磷酸化在大多数位点受到O-GlcNAc糖基化修饰的负性调节.这一研究为阐明调节tau蛋白磷酸化水平的机理和阿尔茨海默病脑中tau异常过度磷酸化的分子机制提供了新的线索.     

古菌中蛋白甲基化修饰的研究进展

蛋白甲基化修饰是翻译后修饰的主要方式之一,越来越多的报道证实古菌中存在这类蛋白修饰。目前古菌中一些甲基转移酶已经鉴定出来,但对其作用机制还不太清楚。本文对目前古菌中已经发现的蛋白质甲基转移酶和甲基化修饰可能的作用进行了总结。古菌中蛋白的甲基化修饰能够提高蛋白稳定性、影响侧链构象变化及与其他分子的相互作用,涉及DNA损伤修复和应激反应等途径。最后,本文对今后古菌中蛋白甲基化修饰的研究方向进行了展望。     

蛋白质N-糖基化在拟南芥生长周期中的变化规律及去糖基化对根发育的影响

蛋白质N-糖基化修饰在植物生长发育中发挥重要作用。为探究蛋白质N-糖基化在拟南芥(Arabidopsis thaliana)整个生长周期中的变化规律以及去N-糖基化对拟南芥生根发育的影响,通过N-糖链酶解和HPLC与MALDI-TOF-MS分析解析了不同生长时期的拟南芥Col-0植株的N-糖链组成(结构和含量)变化。以...     

凝集素法与酰肼法富集糖肽的方法学比较

蛋白质糖基化(glycosylation)是最常见和最重要的翻译后修饰之一.大规模N-连接糖基化位点鉴定是糖蛋白质组学研究的重要组成部分,而N-连接糖肽富集是高通量N-连接糖基化位点鉴定的关键步骤.凝集素富集法和酰肼化学法是目前被广泛应用的N-连接糖肽富集技术,有报道认为两种方法具有很强的互补性,联合使用能提高糖基化位点的鉴定数目.本文以Hep G2细胞系为模型,系统比较了这两种方法的富集效率和糖蛋白鉴定数目.结果表明,虽然酰肼法的糖肽富集效率为76.6%,远高于凝集素法的54.6%,但是凝集素法却能鉴定到825个糖蛋白和1 959个N-连接糖基化位点,显著多于酰肼法富集到的522个糖蛋白和1 014个糖基化位点.并且,两种方法并未显示出显著的互补性,仅28个糖蛋白和80个糖基化位点未在凝集素法中鉴定到.     

蛋白质药物糖基化工程化改造研究进展

多种哺乳和非哺乳动物的蛋白质表达系统已成功用于重组糖蛋白药物的生产。糖基化对于生物药品的研究开发至关重要,对生物药品的药效、半衰期及抗原性等产生重要影响。糖基化工程的目的是生产组分明晰、结构均一的N-和O-连接的糖基化蛋白药物。N-糖基化改造的相关研究显示,利用哺乳动物和非哺乳动物表达系统可以表达均匀的N-聚糖重组糖蛋白。与N-糖基化改造相比, O-糖基化的改造研究尚处于起步阶段。首个糖基化工程单克隆抗体已在美国和日本获得上市批准。综述了重组蛋白表达系统的糖基化工程化改造的研究进展,包括蛋白质药物的 N-糖基化改造和O-糖基化改造的最新进展,以期为蛋白质药物的糖基化工程改造研究提供参考。     

丝状真菌糖生物学

蛋白质的糖基化修饰是一种保守的真核生物蛋白质翻译后修饰,存在于从酵母到人的所有真核生物中,赋予了蛋白质功能的多样性。目前对蛋白质糖基化修饰的了解主要来源于对酵母和哺乳动物细胞的研究,但单细胞真核生物或动物细胞水平的研究,很难反映糖基化修饰在多细胞真核生物的发育分化过程中的复杂功能。由于丝状真菌是多细胞真核生物,有相对简单的发育分化过程,因而是研究多细胞真核生物糖基化功能的理想模型之一,在过去10年中,丝状真菌的糖生物学研究开始受到重视,目前的研究结果表明糖基化修饰与丝状真菌的生长、发育密切相关。     

miR-10b对MCF10A细胞表达N-糖链 及O-糖链的影响

蛋白质糖基化是蛋白质翻译后修饰之一,对蛋白质功能有重要的调节作用,而异常糖基化在肿瘤的发生、发展以及癌细胞转移过程中起到关键作用.MiRNAs在癌症的发生发展过程中同样起到非常关键的作用,但其如何影响糖基化进而在肿瘤恶性转化过程中发挥生物学功能的研究甚少.本文将miR-10b在人正常乳腺上皮细胞MCF10A中过表达,利用糖类相关基因芯片系统筛选了发生显著变化的糖基转移酶;随后利用本实验室建立的N-糖链及O-糖链测定方法,分析糖链水平的表达差异;最后对关键糖基转移酶基因Fut8、MGAT3及OGT通过荧光定量PCR、蛋白质免疫印迹和凝集素免疫印迹进行了验证,为研究miR-10b在乳腺癌中的作用提供更多糖组学方面的理论基础.     

Sp1和Sp3介导的转录调控

基本转录因子Sp1和Sp3对转录调控区GC盒有很强的亲和力,参与几乎所有细胞功能,包括细胞增殖、凋亡、分化和新生物的转化.但在同一细胞中Sp1和Sp3对不同基因的作用并不相同,二者对基因特异性的转录调控是Sp1和Sp3研究领域的重要问题.近年来发现,Sp1和Sp3自身表达水平、结合的靶序列、磷酸化、糖基化等翻译后修饰,其他蛋白质的结合以及染色质结构与修饰等方面均可影响Sp1和Sp3的转录活性.本文从Sp1和Sp3蛋白参与转录调节的机制以及影响其基因特异性转录活性的诸方面因素这两大侧面,介绍了近年来的最新进展.     

Molecular characterization of the minimal replicon and the unidirectional theta replication of pSCM201 in extremely halophilic archaea

A 3,463-bp plasmid, pSCM201, was isolated from a halophilic archaeon, Haloarcula sp. strain AS7094. The minimal replicon that is essential and sufficient for autonomous replication and stable maintenance in Haloarcula hispanica was determined by deletion analysis of the plasmid. This minimal replicon ( approximately 1.8 kb) consisted of only two functionally related segments: (i) a putative origin (ori201) containing an AT-rich region and sets of repeats and (ii) an adjacent gene encoding a putative replication initiation protein (Rep201). Electron microscopic observation and Southern blotting analysis demonstrated that pSCM201 replicates via a theta mechanism. Precise mapping of the putative origin suggested that the replication initiated from a fixed site close to the AT-rich region and proceeded unidirectionally toward the downstream rep201 gene, which was further confirmed by electron microscopic analysis of the ClaI-digested replication intermediates. To our knowledge, this is the first unidirectional theta replication plasmid experimentally identified in the domain of archaea. It provides a novel plasmid system to conduct research on archaeal DNA replication.     

昆虫细胞内N-糖基化途径及人源化糖蛋白表达

虽然昆虫杆状病毒表达系统在蛋白表达领域得到了广泛的应用, 但由于不能表达复杂的末端唾液酸化的N-糖链, 使得该系统在生物制药行业的应用受到了很大的限制。通过比较哺乳动物细胞和昆虫细胞内糖基化途径可知, 其起始步骤一致, 之后再发生分化, 主要表现为3方面, 即昆虫细胞内缺乏哺乳动物细胞所具备的N-乙酰葡萄糖氨转移酶II、 半乳糖基转移酶/N-乙酰氨基半乳糖转移酶、α-2,3-唾液酸转移酶和α-2,6-唾液酸转移酶等延长N-糖链的糖基转移酶; 另外, 昆虫细胞内具有能够特异性地将蛋白质末端的N-乙酰氨基葡萄糖残基从GlcNAcMan3GlcNAc(±α3/6-Fuc)GlcNAc上切除的N-乙酰氨基葡萄糖苷酶及核心α-1,3-岩藻糖基转移酶。本文从上述异同出发, 综述了克服昆虫细胞内不能表达人源化糖蛋白这一缺陷所进行的N-糖基化途径的改造研究--主要集中在昆虫细胞内GlcNAcase的抑制和昆虫细胞内GnT2, GalT/ GalNAcT, ST3及ST6等基因的导入等方面, 结果表明经改造的昆虫细胞可表达人源化糖蛋白, 这将极大地拓宽昆虫杆状病毒表达系统的应用领域。本文还探讨了选择特殊细胞系及特殊培养条件以在昆虫细胞内表达唾液酸化蛋白的可行性。     

N-linked glycosylation in Archaea: two paths to the same glycan

N‐linked protein glycosylation occurs in all three branches of life, eukaryotes, bacteria and archaea. The simplest system is that of the bacterium, Campylobacter jejuni, in which a heptasaccharide glycan is added to multiple proteins from a single lipid carrier molecule. In the eukaryotic system a conserved tetradecasaccharide modification is first added to target proteins, but is then modified by trimming and addition of other glycans from additional carrier molecules resulting in a diverse array of glycans of distinct functionality. In the halophilic Archaea from the Dead Sea, Haloferax volcanii, the surface array or S‐layer protein is glycosylated with a pentasaccharide. This glycan is synthesized from two separate carrier molecules, one that carries a tetrasaccharide and another that carries the terminal mannose, in a process that is analogous to that of eukaryotes. In this issue of Molecular Microbiology the glycosylation of the S‐layer of another halophilic Archaea from the Dead Sea, Haloarcula marismortui is characterized ( Calo et al., 2011 ). This S‐layer is glycosylated with the same pentasaccharide as that of Hfx. volcanii, but the intact pentasaccharide is synthesized on a single carrier molecule in Har. marismortui in a process that more closely resembles that of the bacterial N‐linked system.     

Halophilic enzymes: proteins with a grain of salt

Halophilic enzymes, while performing identical enzymatic functions as their non-halophilic counterparts, have been shown to exhibit substantially different properties, among them the requirement for high salt concentrations, in the 1-4 M range, for activity and stability, and a high excess of acidic over basic amino residues. The following communication reviews the functional and structural properties of two proteins isolated from the extremely halophilic archaeon Haloarcula marismortui: the enzyme malate-dehydrogenase (hMDH) and the 2Fe-2S protein ferredoxin. It is argued that the high negative surface charge of halophilic proteins makes them more soluble and renders them more flexible at high salt concentrations, conditions under which non-halophilic proteins tend to aggregate and become rigid. This high surface charge is neutralized mainly by tightly bound water dipoles. The requirement of high salt concentration for the stabilization of halophilic enzymes, on the other hand, is due to a low affinity binding of the salt to specific sites on the surface of the folded polypeptide, thus stabilizing the active conformation of the protein.     

综述: 病毒与宿主细胞的糖基化修饰及相关功能

病毒的复制和对宿主的入侵与自身结构蛋白的糖基化修饰密切相关．对于宿主而言,在病毒感染宿主和宿主抗病毒的过程中,宿主的糖基化过程一方面可抑制病毒的复制和入侵,另一方面可促进病毒对宿主的感染,抑制宿主糖苷酶可抑制病毒的复制．从病毒方面来看,由于病毒自身缺乏糖基化修饰系统,病毒的糖基化过程是借宿主细胞内的合成系统对自身进行糖基化修饰．病毒的糖基化过程对病毒蛋白的折叠与稳定、病毒的感染和入侵、参与识别宿主细胞受体和参与病毒的免疫逃逸等过程起着重要的作用．随着糖基化研究技术的发展,以糖基化为基础的功能应用也越来越深入：如新型病毒疫苗和新型抗病毒药物的研制,以糖蛋白质组学研究为基础的质谱技术和生物信息学方法的发展,以及利用糖基化对病毒性疾病的诊断和治疗等,这些均为糖基化深入研究发展奠定了基础．本文就病毒与宿主细胞糖基化过程、相关功能以及研究应用等进展作一综述．