大連化學(xué)物理研究所卿光焱團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)唾液酸糖鏈連接異構(gòu)體的精確區(qū)分

本文來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所；轉(zhuǎn)載自中科院之聲
  大連化物所實(shí)現(xiàn)對(duì)唾液酸糖鏈連接異構(gòu)體的精確區(qū)分



中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物分離與界面分子機(jī)制創(chuàng)新特區(qū)組（18T7組）研究員卿光焱團(tuán)隊(duì)，通過(guò)構(gòu)筑基于生物分子響應(yīng)性聚合物的仿生離子通道，實(shí)現(xiàn)了對(duì)唾液酸糖鏈連接異構(gòu)體的精確識(shí)別與區(qū)分，同時(shí)揭示了一種基于“博弈”的轉(zhuǎn)變機(jī)制。
 
唾液酸糖通常以α2-3或α2-6方式連接在糖鏈末端。唾液酸糖鏈分布在哺乳動(dòng)物細(xì)胞或一些分泌蛋白質(zhì)表面，這種最外端位置及其廣泛的分布性使得唾液酸糖鏈在病毒感染、免疫響應(yīng)、癌癥發(fā)展等過(guò)程中起著重要作用。然而由于唾液酸糖鏈組成復(fù)雜，連接形式多樣，甚至存在連接異構(gòu)體，導(dǎo)致其識(shí)別鑒定及結(jié)構(gòu)解析存在很大難度。
 
該團(tuán)隊(duì)將具有糖識(shí)別響應(yīng)性的聚合物接枝到納米通道內(nèi)部，利用不同糖鏈誘導(dǎo)聚合物收縮，從而導(dǎo)致納米通道不同程度的“OFF-ON”變化，以及輸出離子電流的可識(shí)別變化，實(shí)現(xiàn)不同糖鏈鏈接異構(gòu)體的識(shí)別與區(qū)分。這一工作進(jìn)一步拓展了仿生離子通道器件在生物分子識(shí)別傳感中的應(yīng)用，尤其是在復(fù)雜糖鏈分子的識(shí)別和結(jié)構(gòu)解析方面做出了探索，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜糖鏈單分子識(shí)別與解析做了鋪墊。同時(shí)研究組還利用智能聚合物的設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建了鈣離子自調(diào)控的仿生離子通道，以及環(huán)磷酸腺苷調(diào)控的納米離子通道。
 
相關(guān)成果以Edge Article形式發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)《化學(xué)科學(xué)》上。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、大連化物所創(chuàng)新特區(qū)組啟動(dòng)基金、興遼英才計(jì)劃等的支持。
 
文中作者通過(guò)EDC偶聯(lián)金表面固定巰基乙酸所暴露出的羧基，將聚合物Glc-PEI修飾到QCM-D芯片表面，形成一層聚合物膜。​然后，使用QSense石英晶體微天平儀器，研究了聚合物Glc-PEI與目標(biāo)分析物（唾液酸單糖和兩種唾液酸糖鏈：2-3糖鏈和2-6糖鏈）之間的結(jié)合親和力及其與聚合物構(gòu)象變化之間的關(guān)系。QCM-D實(shí)驗(yàn)結(jié)果從頻移和能量耗散偏移兩個(gè)方面證明了聚合物Glc-PEI和分析物的結(jié)合親和力與聚合物Glc-PEI自身收縮幅度之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，即強(qiáng)結(jié)合導(dǎo)致聚合物小幅度收縮，而較弱的結(jié)合卻導(dǎo)致大幅度的收縮。Glc-PEI聚合物膜對(duì)不同分析物（Neu5Ac，2-6糖鏈，2-3糖鏈）的吸附行為如下圖D-F所示。
   
如上圖（中）：D) 經(jīng)過(guò)最初溶液切換導(dǎo)致的急劇變化和振蕩后,頻率曲線(xiàn)逐漸上行然后平穩(wěn)，耗散曲線(xiàn)逐漸下行，并于15分鐘后趨于平穩(wěn)。這表明Glc-PEI薄膜,在吸附唾液酸糖（Neu5Ac）后逐漸脫水,大幅縮小到一個(gè)更緊湊的構(gòu)象。
(E) 初始急劇位移后，頻移減弱，并立即趨于平穩(wěn)，而耗散位移異常減小，并在8min內(nèi)趨于平穩(wěn)，說(shuō)明2-6糖鏈在聚合物層上的吸附以及聚合物層脫水失重同時(shí)發(fā)生。然而，脫水和收縮過(guò)程是短暫的，最終聚合物層僅僅發(fā)生了適度的收縮。
(F)第I階段的頻移和耗散位移均減小，說(shuō)明在聚合物層脫水收縮的同時(shí)發(fā)生了2-3糖鏈的吸附。隨后，耗散位移上升并趨于平緩，頻移在第二階段下降并趨于平緩，說(shuō)明將聚合物層又反過(guò)來(lái)逐漸膨脹。整體上看2-3糖鏈的吸附造成了聚合物層發(fā)生小幅度的收縮。
 
本文題目《Biomimetic nanochannels for the discrimination of sialylated glycans via a tug-of-war between glycan binding and polymer shrinkage》點(diǎn)擊原文鏈接，查看原文。