剖析“无成药性”的新工具（哈佛研究）

糖被认为是“邪恶”、“有毒”和“毒药”。但是身体也需要糖。糖分子帮助细胞识别并对抗病毒和细菌，将蛋白质从一个细胞运送到另一个细胞，并确保这些蛋白质正常工作。过多或过少都会导致一系列疾病，包括神经退行性疾病（例如阿尔茨海默病）、炎症、糖尿病、甚至癌症。

《EurekAlert!》官网3月11日消息

大约85%的蛋白质，包括那些与阿尔茨海默病和帕金森病有关的蛋白质，是目前药物无法达到的。一种重要且含量丰富的糖(O-GlcNAc，发音为o-glick-nack)存在于5,000多种蛋白质中，这些蛋白质通常被认为是“无成药性”（undruggable）的。但是现在，哈佛大学（Harvard University）的研究人员设计了一种新型的高选择性O-GlcNAc修饰擦除工具（可以从蛋白质中添加糖或去除糖而不会产生脱靶效应的工具），可以准确地检查这些糖在做什么并最终将它们改造为“无成药性”的新疗法。

“我们现在可以开始研究特定的蛋白质，看看添加或去除糖会发生什么，”Daniel Ramirez说。他是发表在《自然-化学生物学》(Nature Chemical Biology)上的那篇论文[1]的合著者之一，也是哈佛大学文理研究生院(Graduate School of Arts and Sciences)生物和生物医学科学的博士候选人。“事实证明，这对癌症、糖尿病和阿尔茨海默病等许多慢性疾病非常重要。”

研究于2021年3月8日发表在《Nature Chemical Biology》（最新影响因子：12.587）杂志上

Ramirez设计了最初的O-GlcNAc修饰工具，报告发表在《美国化学学会化学生物学》（ACS Chemical Biology）杂志上[2]。

研究于2020年4月15日发表在《ACS Chemical Biology》（最新影响因子：4.434）杂志上

所有的细胞都携带多种糖(称为聚糖)，但对它们的研究非常困难。目前的工具要么提供广角视角(打开或关闭细胞内所有的O-GlcNAc)，要么提供超微视角(打开或关闭一个蛋白质上的一个氨基酸上的一个糖)。这两种角度都不能说明O-GlcNAc分子对整个蛋白质的作用，这一关键洞见将使研究人员能够将O-GlcNAc与疾病联系起来。

“通过蛋白质水平的方法，我们填补了缺失的重要部分，”领导这项研究的化学和化学生物学副教授Christina Woo说。

Christina Woo

“一旦你有了任何感兴趣的蛋白质，”第一作者、博士后学者葛韵说，“你就可以把这个工具应用到那个蛋白质上，直接观察结果。”葛韵设计了O-GlcNAc擦除工具，它和修饰工具一样，使用纳米抗体作为蛋白质引导装置。工具的适应性也很强，只要所选择的蛋白质有纳米抗体存在，该工具就可以被修饰为针对任何有自导纳米抗体存在的蛋白质。

纳米抗体是一个至关重要的组成部分，但它有局限性：它是否仍然粘在目标蛋白质上仍然是个问题，而且一旦粘住了，这种分子可能会改变蛋白质的功能或结构。如果细胞变化不能确定与蛋白质上的糖有关，数据就会变得模糊。

为了规避这些潜在的限制，该团队设计了修饰擦除工具，使其“被催化性死亡”，中性酶在到达目标蛋白质的过程中不会产生不必要的变化。而且，它们可以添加和去除糖，不像以前的工具那样会导致永久性的变化。当然，一旦它们将特定的蛋白质功能连接到O-GlcNAc上，它们就可以使用这些工具放大并精确定位这些糖附着在蛋白质上并修饰蛋白质的位置。

Woo实验室的一些合作者已经在使用修饰擦除工具在活的动物身上研究O-GlcNAc了。例如，一种方法是利用果蝇来研究糖是如何影响一种与阿尔茨海默病有关的蛋白质的。这种糖也与帕金森病的进展有关：“如果你摄入的葡萄糖较少，”合著者Ramirez说，“那么你就不能在细胞内产生这种糖。”这意味着身体无法将糖附着在蛋白质上，从而导致细胞发生广泛的变化，加重疾病。在糖尿病中，过量的糖会导致类似的全局紊乱，而且癌细胞往往吃很多糖。现在，有了Woo实验室的修饰擦除工具，研究人员可以准确识别这些糖是如何影响各种蛋白质的，并开始设计药物来逆转负面影响。

Ramirez说：“我们真的不知道，一旦我们给了人们这些工具，他们会发现什么。这个工具可能是新的，而潜力是巨大的，现在我们仅仅开发出了第一代，但已经在为下一代做准备了。”

哈佛大学校徽

参考文献

Source：Harvard University

New tool to dissect the "undruggable"

References：

[1].Ge, Y., Ramirez, D.H., Yang, B. et al. Target protein deglycosylation in living cells by a nanobody-fused split O-GlcNAcase. Nat Chem Biol (2021). https://doi.org/10.1038/s41589-021-00757-y

[2]. Ramirez, D.H. et al. Engineering a Proximity-Directed O-GlcNAc Transferase for Selective Protein O-GlcNAcylation in Cells. ACS Chem. Biol. 15, 1059-1066 (2020).

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acschembio.0c00074