高度选择性的新工具，解剖“不可驾照”

Woo和她的实验室设计了一对铅笔/橡皮擦对，既是写作和抹去蛋白质的重要​​糖，这是了解这些糖如何影响蛋白质的重要​​步骤及其与阿尔茨海默和帕金森这样的疾病的联系。

研究人员设计了一种新的高度选择性工具，可以通过他们所依赖的糖研究“不可驾拉的”蛋白质。

糖被称为“邪恶”，“有毒，”和“毒药”。但是身体也需要糖。糖分子有助于细胞识别和对抗病毒和细菌，从细胞中穿梭蛋白质，并确保那些蛋白质功能。太多或太少可以有助于一系列疾病，包括阿尔茨海默氏症，炎症，糖尿病和甚至癌症等神经退行性疾病。

大约85％的蛋白质，包括与阿尔茨海默和帕金森有关的蛋白质，超出了目前药物的范围。在5,000多个蛋白质上发现了一种临界和丰富的糖（O-GLCNAC，发音为O-GLICK-NACK），通常被认为是“不可挽回的”。但是现在，哈佛大学的研究人员设计了一种新的高度选择性O-Glcnac铅笔和橡皮擦工具，可以从蛋白质中添加或取出糖，没有偏离目标效果 - 以究竟检查这些糖正在做什么和最终，工程师进入“不可驾湿”的新疗法。

“我们现在可以开始学习特定的蛋白质，看看当你加入或取出糖时会发生什么，”本文在自然化学生物学和博士学位发表的论文中的一个合作者说，Daniel Ramirez说艺术与科学研究生院生物与生物医学科学的候选人。“这对大量慢性疾病和阿尔茨海默氏症等大量慢性疾病来说是非常重要的。”

Ramirez设计了原始的O-Glcnac铅笔，在ACS化学生物学中报道。

“我们基本上是在iPhone上，但我们已经在下一代世代工作。” -
Daniel Ramirez，博士。生物和生物医学科学的候选人和自然化学生物学论文的共同作者

所有细胞都携带多种糖（称为聚糖），但它们难以研究。目前的工具可以提供宽镜头视图（在单元格中打开或关闭所有O-GlcNAc）或者在视图中进行超缩放（在一个蛋白质上的一个氨基酸上打开或ON ON ON SYAL）。这些观点既不能展示o-glcnac分子作为一个整体蛋白质，这将使研究人员能够从o-glcnac与疾病联系起来的重要洞察力。

“随着蛋白质水平的方法，我们填补了一个缺失的重要作品，”Chathery和化学生物学副教授Christina Woo说，曾导致这项研究。她的实验室的工具就像是金发姑娘的啤酒锅：不要太广泛，不是太具体。正好。

通过拆分酶来创建他们的编辑工具，研究团队阻止了所有偏离目标效果;该面板中的最后一个图像显示合并的酶不会影响细胞中的蛋白质位置。

“一旦你有任何感兴趣的蛋白质，”第一作者和博士后学者yun ge说：“你可以在那种蛋白质上应用这个工具，直接看待结果。”GE设计了O-Glcnac橡皮擦，如铅笔，使用纳米曲面作为蛋白质归纸装置。该工具也适应;只要纳米体存在于所选择的蛋白质，可以修饰该工具以靶向归纳米物体存在的任何蛋白质。

纳米体是一个关键的组分，但它有局限性：无论它是否仍然存在于靶蛋白仍然存在问题，并且分子可以改变蛋白质的功能或结构才能粘住。如果细胞变化不能明确地与蛋白质上的糖相连，那么浑浊的数据。

为了裙步这些潜在的限制，团队将他们的铅笔和橡皮擦塑造成“催化死亡”。绝育的酶不会沿着靶蛋白的方式对其进行不必要的变化。并且，与以前的工具不同，它们都可以添加和取出糖，这导致永久性变化。当然，一旦他们将特定的蛋白质功能连接到O-Glcnac，它们就可以使用这些工具放大并准确地定位那些糖锁定并改变蛋白质的地方。

Woo和她的实验室设计了一种新的高度选择性工具，可以通过他们依赖的糖来研究“不可驾拉的”蛋白。

已经是，扫管架实验室的一些合作者正在使用铅笔/橡皮擦组合来研究现场动物的O-Glcnac。例如，使用果蝇研究糖如何影响与阿尔茨海默病相关的蛋白质。糖也与帕金森病进展有关：“如果你缺乏葡萄糖，”Co-Author Ramirez说，“那么你不能在细胞内生产这种糖。”这意味着身体不能将糖加入蛋白质，这导致对细胞的宽大变化，加剧这种疾病。在糖尿病中，过量的糖会导致相似的全球破坏;和癌细胞往往吃大量的糖。现在，与沃可以实验室的铅笔/橡皮擦对一起，研究人员可以确定这些糖如何影响各种蛋白质并开始设计药物以反转负面影响。

接下来，团队计划调整他们的工具以实现更大的控制。例如，通过光源，它们可以用一闪的闪光切换糖。交换小分子的纳米级（用于传统的药物设计），它们可以更接近新的治疗方法。他们还在设计橡皮擦的橡皮擦 - 一种具有杀死切换的工具 - 并计划掺入可以靶向天然存在的蛋白质的纳米型（对于这项研究，它们标记蛋白质，使纳米曲面可以找到它们）。“我们基本上试图使系统更自然，并发作细胞的方式，”拉米尔兹说。

还计划调查O-Glcnac如何影响传统上的“不可驾驭的”蛋白质称为转录因子，转向和关闭基因。如果O-GLCNAC在该过程中发挥作用，则可以设计糖，也可以设计用于研究和调节基因功能。

“一旦我们给出这些工具，我们真的不知道人们会发现什么，”Ramirez说。该工具可能是新的，但潜力很大：“我们基本上，我们在iPhone上，”他继续，“但我们已经在接下来的几代工作。”

参考：“通过纳米融合的植物细胞靶蛋白蛋白质脱糖基化由南京大学融合o-glcnacase”的云ge，丹尼尔H.Ramirez，Bo阳，亚历山大·k.D'Souza，Chanat Aonbangkhen，Stephanie Wong和Christina M.Woo，2021年8月8日，自然化学生物学.DOI：
10.1038 / s41589-021-00757-y

这项工作部分由国家卫生研究院，惠堡惠康基金，科学研究所和阿尔弗雷德P. Sloan基金会资助。

本文附加作者是：Bo Yang，Alexandria K. D'Souza，Chanat Aonbangkhen和Stephanie Wong