近期，我校高晓冬团队藤田盛久教授课题组，联合日本创价大学木下圣子教授课题组和美国乔治亚大学青木一弘高级研究员课题组在糖基化结构预测领域取得重要进展，研究成果“Global mapping of glycosylation pathways in human-derived cells”正式发表于Developmental Cell。
基因诊断技术一直是近些年来最热门的检测技术之一，广泛应用于生命科学领域。糖类与核酸、蛋白质、脂质并称为四大生物大分子，与受精、发育、免疫及神经系统的形成、细胞癌变等生命现象密切相关。细胞内的糖类物质，尤其在代谢相关的疾病中，广泛参与包括信号传导在内的各项生理活动。因此糖类结构的预测与鉴定在病理学进程的研究和疾病诊断中非常重要。较于蛋白质和核酸，糖链结构的鉴定分析需要专业复杂、成熟稳定的技术，耗时费力。因此需要开发更简便的糖链结构预测工具。近年来研究发现，人体细胞内糖链代谢途径相关基因的表达水平与对应糖链结构密切相关，直接应用基因表达数据预测人体细胞糖链结构的研究却相对匮乏。
藤田教授课题组挖掘糖基转移酶和糖基水解酶等关键蛋白的细胞表达水平和糖链结构之间的关联，开发基于细胞基因表达水平，可视化糖基化代谢途径和预测细胞糖链结构的系统工具——糖枫（GlycoMaple）。该研究利用细胞基因表达数据预测人体细胞内合成糖链结构的潜力，构建糖基化代谢途径可视化网络工具并应用于细胞糖链结构的预测研究。在模式细胞人类肾胚细胞（HEK293）中预测结果高度拟合，成功预测细胞内的糖链结构。另外该研究利用CRISPR/Cas9技术，构建模式细胞N-糖链缺陷细胞库。通过结合多种传统检测手段，发现N-糖链结构的转变影响了细胞内糖核苷酸的成分，进一步影响了包括糖脂、透明质酸在内的多种糖型代谢的现象，并在基因层面对这以调控做出解释。在器官之间基因表达水平的研究中，揭示细胞分化导致组织器官特异性的糖链差异的原因。在对结肠癌患者细胞对比健康细胞的预测分析中，初步解释在癌症等疾病中普遍发现的糖代谢变化。这项研究证明了糖链预测体系在人类不同细胞，不同器官中都具有广泛的预测能力。
在本研究中从基因表达大数据分析中自动提取糖链代谢相关的950个基因表达信息，整合并反映到代谢途径中，使糖链结构的预测成为可能。这个工具应用赋予广泛研究领域在糖链研究方向上更大的可能性，此外该成果能够被应用于高质量的医药糖蛋白糖链的工程改造和稳定生产，另一方面应用这项研究可以发现疾病发展过程中糖链结构的变化，为病理研究、基因诊断和靶向治疗的药物研发开辟新的探道路。
藤田盛久教授为该论文的第一通讯作者，我校2016级博士生黄一帆为该论文第一作者，作者还包括我校高晓冬教授及青年教师柳艺石和杨刚龙。上述研究工作得到了国家自然科学基金的32071278和32071278 (MF)，高校学科人才引进计划111-2-06，轻工业技术与工程国家级一级学科LITE2018-015，江苏省高校优势学科计划项目，江南大学糖蛋白生物合成研究国际联合实验室、日本创价大学GaLSIC合作研究基金、日本科学技术厅与国家生物科学数据库中心(NBDC) 17934031 (KFAK)、美国国立卫生研究院(NIH)共同基金资助R21AI129873 (KA)、P41GM103490 (KA和MT)、U01GM125267 (KA和MT)的整合促进计划的支持和资助。
科学杂志：Developmental Cell（2021年3月16日）
论文标题：Global mapping of glycosylation pathways in human-derived cells
作者：Yi-Fan Huang#, Kazuhiro Aoki#, Sachiko Akase#, Mayumi Ishihara, Yi-Shi Liu, Ganglong Yang, Yasuhiko Kizuka, Shuji Mizumoto, Michael Tiemeyer, Xiao-Dong Gao, Kiyoko F. Aoki-Kinoshita*, and Morihisa Fujita*
