大连化学物理研究所卿光焱团队实现对唾液酸糖链连接异构体的精确区分

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2019/12/25 15:21

本文来源：中国科学院大连化学物理研究所；转载自中科院之声

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大连化物所实现对唾液酸糖链连接异构体的精确区分

近日，中国科学院大连化学物理研究所生物分离与界面分子机制创新特区组（18T7组）研究员卿光焱团队，通过构筑基于生物分子响应性聚合物的仿生离子通道，实现了对唾液酸糖链连接异构体的精确识别与区分，同时揭示了一种基于“博弈”的转变机制。

唾液酸糖通常以α2-3或α2-6方式连接在糖链末端。唾液酸糖链分布在哺乳动物细胞或一些分泌蛋白质表面，这种最外端位置及其广泛的分布性使得唾液酸糖链在病毒感染、免疫响应、癌症发展等过程中起着重要作用。然而由于唾液酸糖链组成复杂，连接形式多样，甚至存在连接异构体，导致其识别鉴定及结构解析存在很大难度。

该团队将具有糖识别响应性的聚合物接枝到纳米通道内部，利用不同糖链诱导聚合物收缩，从而导致纳米通道不同程度的“OFF-ON”变化，以及输出离子电流的可识别变化，实现不同糖链链接异构体的识别与区分。这一工作进一步拓展了仿生离子通道器件在生物分子识别传感中的应用，尤其是在复杂糖链分子的识别和结构解析方面做出了探索，为后续实现复杂糖链单分子识别与解析做了铺垫。同时研究组还利用智能聚合物的设计理念，构建了钙离子自调控的仿生离子通道，以及环磷酸腺苷调控的纳米离子通道。

相关成果以Edge Article形式发表在英国皇家化学会《化学科学》上。该工作得到国家自然科学基金面上项目、大连化物所创新特区组启动基金、兴辽英才计划等的支持。

文中作者通过EDC偶联金表面固定巯基乙酸所暴露出的羧基，将聚合物Glc-PEI修饰到QCM-D芯片表面，形成一层聚合物膜。然后，使用QSense石英晶体微天平仪器，研究了聚合物Glc-PEI与目标分析物（唾液酸单糖和两种唾液酸糖链：2-3糖链和2-6糖链）之间的结合亲和力及其与聚合物构象变化之间的关系。QCM-D实验结果从频移和能量耗散偏移两个方面证明了聚合物Glc-PEI和分析物的结合亲和力与聚合物Glc-PEI自身收缩幅度之间存在负相关关系，即强结合导致聚合物小幅度收缩，而较弱的结合却导致大幅度的收缩。Glc-PEI聚合物膜对不同分析物（Neu5Ac，2-6糖链，2-3糖链）的吸附行为如下图D-F所示。

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如上图（中）：D) 经过最初溶液切换导致的急剧变化和振荡后,频率曲线逐渐上行然后平稳，耗散曲线逐渐下行，并于15分钟后趋于平稳。这表明Glc-PEI薄膜,在吸附唾液酸糖（Neu5Ac）后逐渐脱水,大幅缩小到一个更紧凑的构象。

(E) 初始急剧位移后，频移减弱，并立即趋于平稳，而耗散位移异常减小，并在8min内趋于平稳，说明2-6糖链在聚合物层上的吸附以及聚合物层脱水失重同时发生。然而，脱水和收缩过程是短暂的，最终聚合物层仅仅发生了适度的收缩。

(F)第I阶段的频移和耗散位移均减小，说明在聚合物层脱水收缩的同时发生了2-3糖链的吸附。随后，耗散位移上升并趋于平缓，频移在第二阶段下降并趋于平缓，说明将聚合物层又反过来逐渐膨胀。整体上看2-3糖链的吸附造成了聚合物层发生小幅度的收缩。

本文题目《Biomimetic nanochannels for the discrimination of sialylated glycans via a tug-of-war between glycan binding and polymer shrinkage》点击原文链接，查看原文。

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