CellRes. | 突破!黃超蘭與高福團(tuán)隊(duì)描繪新冠刺突蛋白糖基化圖譜,揭示“O-Follow-N”糖基化新規(guī)律

　　蛋白質(zhì)糖基化修飾是生物體內(nèi)最重要的翻譯后修飾之一，發(fā)生在細(xì)胞50%-70%的蛋白上。病毒囊膜蛋白的糖基化修飾具有廣泛的功能，包括調(diào)控蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、病毒的趨向性、和保護(hù)潛在的抗原表位免受免疫監(jiān)視等。深入了解新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)刺突蛋白(Spike, S)的糖基化修飾對于新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)發(fā)病機(jī)制的探索，疫苗和治療藥物的設(shè)計(jì)開發(fā)，以及檢測試劑盒的生產(chǎn)具有重要意義。此前研究者在體外純化表達(dá)的S蛋白胞外域和從病毒顆粒中提取的S蛋白中共鑒定到了22個N-糖基化修飾位點(diǎn)1,2。而由于技術(shù)和樣本來源的限制，已有研究僅在純化的S蛋白上鑒定到了一些O-糖基化修飾位點(diǎn)，截止目前，尚未進(jìn)行病毒顆粒上S蛋白的O-糖基化修飾的研究。近日，北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心黃超蘭團(tuán)隊(duì)，和中國科學(xué)院院士高福團(tuán)隊(duì)，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所高峰團(tuán)隊(duì)等開展合作研究，采用基于質(zhì)譜的糖基化鑒定技術(shù)，首次揭示了病毒顆粒上提取的S蛋白O-糖基化修飾圖譜，并提出了“O-Follow-N”的O糖基化修飾規(guī)律。該研究以“O-glycosylation pattern of the SARS-CoV-2 spike proteinreveals an “O-Follow-N” rule”為題于2021年8月2日線上發(fā)表在Cell Research期刊上。為獲得天然狀態(tài)下S蛋白的N-和O-糖基化修飾完整圖譜，研究者從SARS-CoV-2病毒顆粒上獲得S蛋白，用多種蛋白酶酶解成肽段，采用納升液相色譜以及具有超高分辨率的Orbitrap Eclipse Tribrid三合一質(zhì)譜聯(lián)用儀，利用階梯能量HCD (stepped collisional energy SCE)，HCD (Higher-energy collisional dissociation) 以及HCDpdEThcD三種碎裂方法進(jìn)行質(zhì)譜分析。本研究中，研究者不但成功鑒定到了此前已報(bào)道的22個N-糖基化修飾位點(diǎn)，還首次從SARS-CoV-2病毒顆粒中提取的S蛋白上鑒定到了17個O-糖基化修飾位點(diǎn)。值得注意的是，研究者發(fā)現(xiàn)在這17個位點(diǎn)中，有11個位點(diǎn)位于糖基化的天冬酰胺(Asn)附近。研究者將NxS/T共有基序內(nèi)糖基化的Asn每一側(cè)的3個氨基酸定義為“N±1-3”。分析結(jié)果顯示，11個O-糖基化修飾位點(diǎn)分布在“N±1-3”的位置上，位點(diǎn)信息確定的位點(diǎn)數(shù)有10個，其中7個位點(diǎn)分布在“N+2”的位置上。研究者還通過開展定點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)Asn糖基化修飾的存在是“N±1-3”的位置上出現(xiàn)O-糖基化修飾的先決條件。綜上，研究者提出SARS-CoV-2病毒S蛋白的糖基化修飾存在O-糖基化修飾追隨N-糖基化修飾發(fā)生的現(xiàn)象，并將這一現(xiàn)象命名為“O-Follow-N”規(guī)律。

　　圖. SARS-CoV-2病毒S蛋白的糖基化修飾遵循“O-Follow-N”規(guī)律?

本研究基于前沿的質(zhì)譜鑒定技術(shù)，揭示了S蛋白的O糖基化修飾譜，提出了O糖基化修飾的“O-Follow-N”規(guī)律，這一規(guī)律可能適用于其它蛋白，提示O-糖基化修飾具有潛在的新機(jī)制，特別是N-和O-糖基化修飾之間可能存在的協(xié)同作用，未來有望在極大程度上推動糖生物學(xué)領(lǐng)域的研究。此前，黃超蘭主任領(lǐng)銜的多組學(xué)中心團(tuán)隊(duì)還與高福院士領(lǐng)銜的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)緊密合作，揭示早期的新冠感染患者存在顯著的免疫抑制，并首次提出COVID-19的發(fā)病機(jī)制或存在“兩階段”模式3。多組學(xué)中心在黃超蘭教授的帶領(lǐng)下，將繼續(xù)基于臨床，前沿技術(shù)和基礎(chǔ)學(xué)科的深度交叉融合，深耕前沿技術(shù)方法開發(fā)，為推動基礎(chǔ)生物學(xué)和臨床領(lǐng)域的創(chuàng)新研究提供最有質(zhì)量保證的蛋白質(zhì)組和質(zhì)譜技術(shù)手段。中國科學(xué)院微生物研究所高福院士，北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部精準(zhǔn)醫(yī)療多組學(xué)研究中心黃超蘭教授，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部精準(zhǔn)醫(yī)療多組學(xué)研究中心陳揚(yáng)副研究員，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所高峰教授為本文的共同通訊作者;北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部精準(zhǔn)醫(yī)療多組學(xué)研究中心田文敏博士，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所李德林博士，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部精準(zhǔn)醫(yī)療多組學(xué)研究中心博士研究生張楠，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所博士研究生白桂杰、原愷博士為本文的共同一作。?

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