Glykane erfüllen vielfältige und entscheidende Funktionen bei zahlreichen zellulären Aktivitäten. Den unterschiedlichen Rollen von Glykanen entsprechen ihre hochkomplexen Strukturen, die sich aus Unterschieden in Zusammensetzung, Verzweigung, Regio- und Stereochemie und Modifikation ergeben. Diese unvergleichliche Strukturvielfalt ist eine Herausforderung für die Strukturanalyse von Glykanen.
Kürzlich hat eine gemeinsame Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Qing Guangyan und Prof. Liang Xinmiao vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) eine Methode zur Identifizierung von Glykanen entwickelt, die auf Nanoporen-Einzelmolekül-Sensorik basiert eine Glykanderivatisierungsstrategie. Die Studie wurde veröffentlicht in Naturkommunikation am 28. März.
Die Identifizierung und Sequenzierung von Glykanen mit Nanoporen-Einzelmolekültechniken hat Interesse geweckt; Allerdings hat es in den letzten zwölf Jahren nur geringe Fortschritte erzielt. Es wurde nur über eine Handvoll Fälle berichtet, die sich entweder auf Polysaccharide mit hohem Molekulargewicht oder einige Monosaccharide konzentrierten.
Für kleinere, aber strukturell vielfältigere Glykane mit größerer biologischer Bedeutung wurde die Einzelmoleküldetektion mit Nanoporen noch nicht erreicht, hauptsächlich weil der schnelle Durchgang von Glykanen durch eine Nanopore aufgrund der geringen Größe und schwachen Affinität des Glykans mit der Nanopore nicht erfasst werden kann .
Um der Herausforderung zu begegnen, führten die Forscher eine Derivatisierungsstrategie ein, indem sie eine Tag-Gruppe vom aromatischen Typ über eine hocheffiziente und einfache reduktive Aminierungsreaktion mit kleinen Glykanen verknüpften. Das resultierende markierte Glykan wurde mit einer Wildtyp-Aerolysin-Nanopore erfasst, indem starke Nanoporen-Blockierungssignale präsentiert wurden.
Die Forscher erhielten ein Streudiagramm basierend auf dem Blockierungsstrom und der Verweilzeit als Fingerabdruckkarte, indem sie die Nanoporen-Blockierungsereignisse einzelner Moleküle verarbeiteten. Sie identifizierten verschiedene Glykanisomere, Glykane mit unterschiedlichen Längen und verzweigte einfache Glykane.
Darüber hinaus zeigten sie, dass mehrere Kation-π-Wechselwirkungen zwischen der aromatischen Markierung von Glykan mit K238-Resten der Nanoporen-Grenzfläche die Translokation des markierten Glykans verzögerten und zur Erkennung beitrugen.
„Diese Studie verschiebt die Grenzen der Nanoporen-Erkennung über ihren traditionellen Fokus auf Nukleinsäure und Protein hinaus und aktiviert ihre Leistungsfähigkeit im Bereich der Glykomik und Glykowissenschaft, was den Weg zur Nanoporen-Glykan-Sequenzierung ebnen könnte“, sagte Prof. Qing.
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Minmin Li et al, Identifizierung von markierten Glykanen mit einer Protein-Nanopore, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37348-5