新型人工结合蛋白用于阻断细胞表面的糖结构

在病毒感染期间，病毒进入人体并在其细胞中繁殖。病毒通常特别附着在宿主细胞的糖结构上，或在其表面呈现特有的糖结构。慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员开发了一种新型的蛋白质试剂，用于识别生物糖结构，如果用来阻止细胞或病原体的糖结构，就可以阻止疾病在体内的传播。

该实验室由生物化学教授Arne Skerra领导，专注于设计用于治疗的人工结合蛋白。该实验室目前的研究成果为开发用于生物糖结构的新型结合蛋白铺平了道路，这种结合蛋白在癌症和传染病中发挥着重要作用。

“识别特定的糖分子，或所谓的碳水化合物，在许多生物过程中是至关重要的，”Skerra教授解释说。大多数细胞都带有一个由糖链组成的标记，这些糖链附着在细胞膜的外面或膜蛋白上，从而使身体能够识别这些细胞的位置或某些细胞是否是外来的。病原体也有它们自己的糖结构，或者它们可以与这些结合。

蛋白质在细胞内执行多种功能，但通常对糖的亲和力很低。因此，它们的分子识别是一个挑战。原因是:水分子看起来与糖分子相似，这意味着它们基本上隐藏在细胞的水环境中。因此，Skerra教授的研究小组开始设计一种具有特殊化学成分的人工结合蛋白，使其更容易与生物糖结构结合。

氨基酸是蛋白质的组成部分。一般来说，自然界中所有生物只使用20种氨基酸。“利用合成生物学开辟的可能性，我们使用了一种额外的人工氨基酸，”研究人员Carina A. Sommer报告说。

“我们已经成功地将一个对糖分子具有内在亲和力的硼酸基团整合到蛋白质的氨基酸链中。在此过程中，我们为糖分子创造了一种全新的结合蛋白，”Sommer解释道。这种人工糖结合功能在强度和可能的糖特异性方面都优于天然结合蛋白(所谓的凝集素)。

硼酸及其衍生物的糖结合活性已有近一个世纪的历史。硼这种化学元素在地球上很常见，毒性也很低，但到目前为止，大部分生物还没有探索过。”

Arne Skerra，慕尼黑大学生物化学教授

科学家Andreas Eichinger博士解释说:“通过x射线晶体学，我们已经成功地揭示了这种人造蛋白质模型复合体的晶体结构，这使我们能够验证我们的生物分子概念。”

经过大约5年的基础科学研究，Skerra教授实验室的发现现在可以应用于实际的医疗需求。斯凯拉教授指出:“我们的研究结果不仅应该被用于支持未来生物化学中新的碳水化合物配体的发展，而且还应该为创造高亲和力的试剂来控制或阻断细胞表面上与医学相关的糖结构铺平道路。”

这种“阻滞剂”可用于细胞明显生长旺盛或病原体附着在细胞上的情况，例如在肿瘤学和病毒学中。如果我们成功地阻断了糖结合功能，减缓了疾病的发展，这将给病人的免疫系统足够的时间来调动身体的自然防御。

慕尼黑工业大学

Sommer, C.A.， et al.(2020)一种由人工合成的脂calin配体口袋中的非天然氨基酸形成的四面体硼酸二酯。ChemBioChem。doi.org/10.1002/cbic.201900405。

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