翁啟惠院士所帶領的研究團隊,近期於美國化學會期刊 (Journal of the American Chemical Society) 發表研究論文,探討與癌細胞惡化有密切關聯的酵素FUT8在促使蛋白質醣化過程中的行為模式。研究結果不但確定FUT8對醣分子有選擇性,更進一步配合質譜研究,釐清其於細胞內醣化的步驟,並發現新的醣化調控機制。該研究成果對於蛋白質醣化的研究及之後蛋白藥物的研發,均具有影響力。

人體中的蛋白質有半數以上會被醣化,但是,蛋白質為什麼會帶有醣分子,科學界卻一直沒有很具體的答案。最典型的例子是,人的血型為什麼是因為紅血球上醣分子的差異所決定的?不同流感病毒在入侵宿主時,為什麼病毒上的血球凝集素 (hemagglutinin) 會先和宿主細胞上含有唾液酸 (sialic acid) 的醣分子結合?

醣蛋白在生物體內扮演各樣重要的功能,隨著蛋白質藥物的快速發展,醣蛋白上醣分子的作用愈來愈被重視,例如,單株抗體藥物上的醣分子如果沒有「核心岩藻醣」(core fucose),或是具有「末端連結唾液酸」(terminal alpha-2,6 sialylation) 的結構,就可以強化抗體的細胞毒殺作用 (antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,簡稱ADCC)。而醣蛋白上醣分子的變異,也是細胞癌化的一個重要指標,例如,帶有核心岩藻醣的甲型胎兒蛋白-L3 (alpha-fetoprotein-L3,簡稱AFP-L3),是早期肝癌的生物標記,其靈敏度比只檢測甲型胎兒蛋白還高。因此,了解醣蛋白上的醣分子如何影響蛋白功能,是一門重要課題。

但是,這個課題難度有點高。醣蛋白上的醣分子,對醣蛋白三度空間結構的形成、穩定度、功能等等,有著決定性的影響。即便科學家們已經了解醣蛋白上醣分子的結構,至今仍無法有效地調控醣蛋白或細胞表面醣分子結構的生成。這其中的困難在於,在醣分子生合成的過程中,有多種醣轉移酶 (glycosyltransferases) 相互競爭,也相互影響醣分子生合成的路徑,因此,造成一個醣蛋白上會有各種不同組成的醣分子。例如,在人體內,光是岩藻醣轉移酶就有至少13種,而N-乙酰葡萄糖胺基轉移酶 (N-acetylglucosaminyltransferases,簡稱GnT) 也至少有八種之多,它們所認識的醣分子皆有不同。

「第八型岩藻醣轉移酶」(fucosyltransferase 8,簡稱FUT8),是負責在醣蛋白加上核心岩藻醣的醣化酵素,「核心岩藻醣」的出現,會阻擾抗體的功能,也跟發育、癌症有關聯。因此,若要強化抗體的效力,必須排除「核心岩藻醣」,也可以說,就是要阻擋FUT8把醣鑲嵌到蛋白的工作。

為了探討FUT8這個酵素對醣分子的選擇性,並釐清細胞內醣化的步驟,翁啟惠實驗室結合化學法及酵素法,包括醣切酶 (glycosidases) 及三種GnT,合成出不同的醣分子接在胜肽上,藉以了解到底FUT8認識哪些醣分子,進而對核心岩藻醣作修飾。結果顯示,FUT8可以作用在「特定三觸 (tri-antennary) 結構」的醣分子 (如下圖)。

 

 

為了觀察細胞中醣化的變化,團隊與林俊利老師的質譜實驗室合作,使用超高溫多孔性石墨碳液相層析質譜分析 (high-temperature porous graphitic carbon liquid chromatography-mass spectrometry,簡稱 HT-PGC LC-MS) 來分析醣分子,結果,有效地區分出三種同分異構的醣分子 (A2B,A3(2,4,2),A3(2,2,6),見上圖),因而發現到新的醣化調控機制。

研究指出,經過GnT-III及GnT-V修飾後的醣分子,幾乎無法被FUT8認識,而GnT-IV修飾過的三觸醣分子,則會很容易的被FUT8認識,而將岩藻醣加到醣分子的核心位置。

本研究團隊表示,「這些研究成果,讓我們更了解蛋白質的醣化過程,除了可以延伸至觀察細胞癌化過程中,醣分子結構如何產生變異,進而找到更好的醣分子癌症標記,就譬如本研究中所發現,癌細胞裡面若GnT-IV有高度表現的情形,就會影響到醣分子的結構。此外,因為釐清了醣轉移酶之間是如何的交互影響,我們就可以進而設計出適合的醣分子結構,以開發更有效的醣蛋白藥物。」

此研究成果「Substrate Preference and Interplay of Fucosyltransferase 8 and N-Acetylglucosaminyltransferases」已發表在美國化學會期刊Journal of the American Chemical Society 上 (DOI: 10.1021/jacs.7b03729),第一作者為國立陽明大學微生物免疫學研究所的博士生曾子豪同學,徐翠玲助技師協助指導。此研究由登峰計畫補助。論文網址:http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.7b03729

Language

演講及活動

目前暫無活動

最新消息

  • 中央研究院基因體研究中心-日本大阪大學理學院雙邊研討會 +

    Read More
  • 顛覆傳統化學教科書,「一鍋化」立體控制合成抗生素基底 +

    Read More
  • 蛋白質N端乙醯轉化酶10蛋白質促進 DNA 甲基化、維持基因體印記並調控胚胎發育 +

    Read More
  • 化學方法與數值分析,可精準預測出蛋白質醣化位置和效率 +

    Read More
  • CLEC5A是嗜中性白血球對抗細菌的關鍵 +

    Read More
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4