N을 사용 하 여 Sialic Acid의 대사 Glycoengineering-acyl-Mannosamines를 수정
Summary
Sialic acid는 전형적인 단 당 류 단위 glycoconjugates에서 발견입니다. 그것은 분자 및 세포 상호 작용의 과다에 관여. 여기 우리가 N-acetylmannosamine 유도체와 대사 glycoengineering를 사용 하 여 셀 표면 sialic 산 식을 수정 하는 방법을 제시.
Abstract
Sialic acid (Sia) glycoconjugates N-및 O-glycans 또는 glycolipids 등의 매우 중요 한 구성입니다. 올리고-및 다 당 류, 뿐만 아니라 독특한 화학 특성의 비 감소 테르미니에서 그것의 위치 때문 sialic acid는 다른 수용 체 ligand 상호 작용의 무리에 포함 된다. 세포 표면에 sialic acid의 식을 수정 하 여 sialic acid 종속 상호 작용 따라서 좌우 될. 이 sialic acid 종속 상호 작용을 조사 하는 데 도움이 될 수 있습니다 하 고 유익한 방식으로 특정 질병에 영향을 미칠 가능성이 있다. 신진 대사 glycoengineering (MGE)을 통해 세포 표면에 sialic acid의 식이 변조 수 있습니다. 여기, 세포, 조직, 또는 심지어 전체 동물 N-acetylmannosamine (ManNAc)의 파생 상품 c 2 수정 처리 됩니다. 이러한 아미노 설탕 sialic 산 성 선구자 분자 역할 따라서는 해당 sialic acid 종 대사와 glycoconjugates에 표현. 이 방법을 적용 다양 한 생물학 과정에 흥미로운 효과 생성 합니다. 예, 그것은 치료 신경 세포에 있는 polysialic 산 (polySia)의 식을 획기적으로 줄일 수 있다 고 따라서 신경 성장과 분화에 영향을 줍니다. 자, 우리 N-butanoylmannosamine (ManNBut), 뿐만 아니라 가장 일반적인 C2 수정 N-acylmannosamine 유도체, N-propionylmannosamine (ManNProp)의 2의 화학 합성을 보여 더 보여 어떻게이 아닌 자연 아미노 설탕은 세포 배양 실험에 적용할 수 있습니다. 수정된 sialic acid 종의 식 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC)에 의해 계량 하 고 더욱더 질량 분석을 통해 분석. Polysialic 산 식에 대 한 효과 서쪽 오 점 상용 polysialic 산 성 항 체를 사용 하 여 통해 해명.
Introduction
Sialic acid glycoconjugates N-및 O-glycans 또는 glycolipids 등의 비 감소 테르미니에서 일반적으로 찾을 수 있는 단 당 류 이다. 모든 단 중 sialic acid는 몇 가지 독특한 화학 특성이 있다. 9 C 원자 백본, deprotonated 이며 그로 인하여 부정 청구에서 생리 적 조건, C-1 위치에 carboxylic 그룹 및 아미노 기능 C-5 위치에 있다. 날짜1, 자연스럽 게 sialic acid의 변종 발생 50 이상 성격 되었습니다 sialic acid 인간에서 발견의 주된 형태는 N-acetylneuraminic 산 (Neu5Ac). 다른 포유동물은 또한 N-glycolylneuraminic 산 (Neu5Gc)2,3의 더 높은 금액을 표현 한다.
Glycoconjugates, 노출된 위치로 인해 sialic acid 수용 체 ligand 상호 작용의 과다 한 예를 들어, 호스트 셀4인플루엔자 바이러스의 조류 종속 바인딩 포함 된다. 중요 한 생물 학적 기능, 특히 embryogenesis 동안와 신 경계에 sialic acid epitope polysialic 산 이다. Polysialic 산 최대 200 알파 2, 8-연결 sialic 아미노산의 중합체 이다. Polysialic 산의 주요 단백질 캐리어는 신경 세포 접착 분자 (여). Polysialic 산 식 polysialic 산 식 접착을 감소 하 고 신 경계5가 소성을 증가 보안의 접착제 속성을 조절 한다.
변화 (폴 리) sialic acid의 식에서 궁극적으로 여러 다른 생물 학적 상호 작용을 영향을 줍니다. 이 알려진된 sialic acid 종속 프로세스 밝히기 소설 glycoconjugate 상호 작용, 또는 가능한 치료 방법 탐구를 분자 수준에서 연구를 사용할 수 있습니다. 다른 방법이 있다 사용할 수 있는 세포 표면에 sialic acid의 표현을 변조 수, sialic acid 특정 glycosidases (sialidases),6 sialic 산 생 합성에 관련 된 효소의 억제와 치료 예 ,7,8또는 노크 하거나 sialic 산 생 합성9의 주요 효소의 표현 변경.
또 다른 다재 다능 한 sialic acid 식 변조 하 방법은 MGE (일컬어 대사 처리한후 공학, 모에)입니다. 여기, 세포, 조직, 또는 심지어 동물 아닌 자연의 파생 상품 ManNAc는 c 2-아미노 수정 처리 됩니다. 세포질 통풍 관 후 sialic acid에 대 한 선구자 분자 이기 때문에, 이러한 ManNAc 아날로그 단방향 비 자연적인 대사 sialic 산 이며 sialylated glycoconjugates에 표현 될 수 있습니다. 와 같은 ManNProp 또는 ManNBut, N-propionylneuraminic 산 (Neu5Prop) 또는 그들의 glycoconjugates10 N-butanoylneuraminic 산 (Neu5But)를 통합 할 셀 들고 지방 족 C2-수정, ManNAc 유도체로 치료 , 11. ManNAc의 C2 위치에 도입 하는 기능적인 그룹을 사용 하 여 발생 비 자연적인 sialic 산 결합 될 수 있다, 예를 들어, Staudinger 결 찰 이나 아 지 드 alkine cycloaddition 형광 염료를 통해 따라서 12셀 표면 시각.
이러한 비 자연적인 sialic이 표현 병원 체 감염, 접착 및 종양 세포, 일반 세포 접착으로 vascularization와 차별화 (검토를 위해의 마이그레이션 등 많은 생물 학적 과정에 흥미로운 효과가 참조: Wratil 외. 13). 흥미롭게도, MGE n-acyl 수정 mannosamines polysialic 산의 표현에 방해가 사용할 수 있습니다. Polysialic 산 (ST8SiaII 및 ST8SiaIV) 두 개의 서로 다른 polysialyltransferases에 의해 생성 됩니다. 그것은 입증 되었습니다, 그 polysialyltransferase ST8SiaII ManNProp 또는 ManNBut,1415등 부자연 스러운 sialic acid 선구자에 의해 저해. 또한, 그것은 증명 되었습니다 인간의 신경 세포에서 ManNProp 또는 ManNBut 응용 프로그램 또한 총15sialylation를 감소 시킨다.
MGE n-acyl 수정 mannosamines는 성공적으로, 뿐만 아니라 포유류와 꼬마 선 충16, 같은 다른 종족의 전체 동물에 뿐만 아니라 박테리아 세포 배양에 사용 된 메서드를 적용 하 게 쉬운 zebrafish17또는 쥐18,19,,2021. 특히 ManNAc 파생 상품 지방 족 수정, ManNProp 및 ManNBut, 포함 한 베어링은 사소, 셀 문화 매체 또는 혈액 플라스마 millimolar 농도 에서도 세포 독성. 또한, 그들은 비교적 쉽게 합성 하기입니다.
여기, 우리는 nMGE를 사용 하는 방법에 세부 정보를 제공-틸 수정 mannosamines. 첫째, ManNProp 및 ManNBut,이 분야에서 가장 널리 사용 되는 ManNAc 파생 상품의 2의 화학 합성은 설명 했다. 다음으로, 우리는 어떻게 MGE vivo에서 실험에 적용할 수 보여줍니다. 예를 들어, 신경 세포 선 켈리 선정 되었다 polysialic epitope의 감소 식 보여 서양 오 점 ManNAc 유도체 치료 후. 세포 표면에 비 자연 sialic 산 HPLC로 정량 이었고 더 질량 분석을 통해 분석.
Protocol
Representative Results
Discussion
화학적 합성된 ManNAc 파생 상품, ManNProp 및 ManNBut는 질량 분석을 통해 분석 하는 경우만 두 표본에 대 한 올바른 대량 피크 식별 되어야 합니다. 따라서, 제품 99% 이상의 순도가지고 추측 될 수 있다. 일반적으로 찾을 수 없는 인간의 셀29에, Neu5Gc의 적은 양은 lysed 세포의 막 분수에서 검색 됩니다. 이 대부분 미디어30에 소 태아 혈 청 sialoglycoconjugates에서 Neu5Gc 신병 ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리 감사 합니다 L. D. 구 엔 원고를 교정에 대 한 유익한 토론. 또한, 우리 감사 제이 Dernedde와 H. G. 구 엔 비디오 촬영을 준비 하는 데 도움. 비디오의 대부분 장면 R. 타우버의 실험실에서 촬영 했다. 우리는 또한 콜 로이드 및 인터페이스, 그리고 우리에 게 그들의 질량 분석 시설을 무료로 이용할에 대 한 최대 플랑크 연구소 감사 합니다. RH는 DFG (ProMoAge)에 의해 지원 되었다.
Materials
| Cells | Sigma-Aldrich | 92110411 | |
| RPMI medium | Sigma-Aldrich | R8758 | |
| 75 ml tissue culture flasks | Greiner | 690175 | |
| 48-well plates | Corning | 3548 | |
| FCS | PAA | A15-102 | |
| Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | |
| Trypsine | Gibco | 15400-054 | |
| EDTA | Roth | X986.1 | |
| Tris | Serva | 37190.03 | |
| SDS | Roth | 2326.2 | |
| SDS-PAGE equipment (tanks, glassware etc., machine | VWR | SDS Gel/Blot | |
| Acrylamide | Roth | 3019.1 | |
| Protein ladder | Fisher Scientific | 267620 | |
| Nitrocellulose | GE Healthcare | 10600002 | |
| Ponceau red | Roth | 5938.2 | |
| Milk powder | Roth | T145.3 | |
| ECL | Millipore | WBLUF 0500 | |
| 0.5 ml Centrifugal Filter Unit with 3 kDa membrane | Merck-Millipore | UFC500324 | |
| 15 mL centrifuge tubes | Sigma-Aldrich (Corning) | CLS430791-500EA | |
| 2-Mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M6250-10ML | |
| 2-Propanol | Sigma-Aldrich | 34965-1L | HPLC gradient grade |
| 4,5-Methylenedioxy-1,2-phenylenediamine dihydrochloride | Sigma-Aldrich | D4784-50MG | |
| 48 well, flat bottom tissue culture plate | Sigma-Aldrich (Corning) | CLS3548-100EA | |
| 50 mL centrifuge tubes | Sigma-Aldrich (Corning) | CLS430829-500EA | |
| Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 34967-1L | HPLC gradient grade |
| Aprotinin from bovine lung | Sigma-Aldrich | A1153-10MG | lyophilized powder, 3-8 TIU/mg solid |
| Butyryl chloride | Sigma-Aldrich | 109614-250G | |
| C18 RP column | Phenomenex | 00F-4435-E0 | 110 Å, 3 µm particle size, 4.6 x 150 mm |
| D-Mannosamine hydrochloride | Sigma-Aldrich | M4670-1G | |
| Dulbecco`s Phosphate Buffered Salt Solution | PAN Biotech | P04-36500 | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid | Sigma-Aldrich | E9884-100G | |
| Formic acid | Sigma-Aldrich | 56302-50ML-GL | |
| Hydrochloric acid solution | Sigma-Aldrich | H1758-100ML | 36.5-38.0%, in water |
| Leupeptin | Sigma-Aldrich | L2884-10MG | |
| Methanol | Carl-Roth | T169.2 | HPLC gradient grade |
| N-Acetyl-D-mannosamine | Sigma-Aldrich | A8176-250MG | |
| N-Acetylneuraminic acid | Sigma-Aldrich | A0812-25MG | |
| N-Glycolylneuraminic acid | Sigma-Aldrich | G9793-10MG | |
| Phenylmethanesulfonyl fluoride | Sigma-Aldrich | P7626-250MG | |
| Propionyl chloride | Sigma-Aldrich | P51559-500G | |
| Safe-Lock Tubes, 1.5 mL, amber (light protection) | Eppendorf | 30120191 | |
| Safe-Lock Tubes, 1.5 mL, colorless | Eppendorf | 30120086 | |
| Sodium bisulfite solution | Sigma-Aldrich | 13438-1L-R-D | 40%, in water |
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich | 746398-500G-D | |
| Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | 795429-500G-D | |
| Sodium hydroxide solution | Sigma-Aldrich | 319511-500ML | 1.0 M, in water |
| Sodium methoxide | Sigma-Aldrich | 164992-5G | |
| Trifluoroacetic acid | Sigma-Aldrich | T6508-100ML-D | |
| Tris hydrochloride | Sigma-Aldrich | T5941-100G | |
| Trypsin 0.25 %/EDTA 0.02 % in PBS | PAN Biotech | P10-019100 | |
| Water | Carl-Roth | T905.1 | HPLC gradient grade |
| Silica Gel 60 | Carl-Roth | 9779.1 | |
| HPLC | Shimadzu |
Referências
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