利用糖链模式,高度识别体内癌细胞

生命科学 2018年07月11日
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日本理化学研究所的田中克典主任研究员与浦野清香、Regina Sibgatullina、小椋章弘等人组成的国际联合研发小组,利用含有两种糖链的异质糖链簇,成功区分了多种癌细胞,经验证,利用这种“糖链模式”能高度识别体内癌细胞的“容貌”。

此次的研究成果作为取代以往的通用抗体的新型递药系统,有望用于癌症诊断和新药研究。

相关论文将发表于英国科学杂志《化学通讯》上, 6月27日已率先发布于在线版上。

利用糖链模式,高度识别体内癌细胞

图:利用异质糖链簇区分癌细胞,能通过糖链的模式识别小鼠体内的癌组织!

研究背景

如图1所示,仅通过上图的唇部照片很难分辨出具体人物,但看下图的面部照片就很容易辨认了。这就是“模式识别”,不仅是唇部,还要看到眼睛、鼻子、眉毛、头发等整体图像,才能辨别出每个人的容貌。

利用糖链模式,高度识别体内癌细胞

图1:通过模式识别辨认“容貌”

2016年,理化学研究所的主任研究员田中克典等人利用自主开发的“理研点击反应”,在血清白蛋白的表面控制好位置,导入两种天冬酰胺结合型糖链(N-型糖链),高效率合成了异质糖链簇(图2)。另外,将这些糖链簇静脉注射到小鼠体内发现,如果两种糖链的结构和排列不同,则在脏器中聚集和排出的时间也随之不同。这表明,有望在体内应用基于异质糖链簇的糖链模式识别。

利用糖链模式,高度识别体内癌细胞

图2:通过理研点击反应高效合成异质糖链簇

研究成果

一般认为,癌细胞表面有大量的识别糖链末端α(2,3)唾液酸部位的凝集素进行表达,这些凝集素被称为选择素。因此,国际联合研发小组利用理研点击反应,合成了7种糖链簇(a、b、c、c’、d、e、f,图3)。这些糖链簇拥有10个分子的两种不同的N-型糖链(与蛋白质天冬酰胺残基的酰胺氮结合的糖链)。研发小组针对a以外的所有糖链簇进行了调整,其中一种类型使末端含α(2,3)唾液酸部位的糖链为5个分子,另一种类型使与此不同的糖链为5个分子,形成了异质糖链簇。

利用糖链模式,高度识别体内癌细胞

图3:利用理研点击反应合成的7种异质糖链簇

接下来,研发小组将这7种做了荧光标记的异质糖链簇作用于11种癌细胞,调查了相互作用的强度,结果发现,对于不同种类的异质糖链簇,相互作用的强度明显不同(图4)。其中,糖链簇c和c’拥有相同的两种糖链,是仅改变了白蛋白上的导入位置的位置异构体,但对各种癌细胞的相互作用各不相同。这个结果表明,异质糖链簇正是通过“模式”来识别癌细胞表面的“容貌”的。

利用糖链模式,高度识别体内癌细胞

图4:异质糖链簇与各种癌细胞之间的相互作用

另外,研发小组还调查了针对这些癌细胞的模式识别是否在小鼠体内也一样发挥作用。在移植了人类癌细胞(U87MG, HeLa229,DLD-1)的裸鼠身上,静脉注射了糖链簇e和糖链簇b,通过无创荧光成像,追踪了糖链簇在癌症部位的聚集。通过90分钟以内的成像图像确认,仅糖链簇b选择性地向HeLa229聚集(图5)。就这样,利用糖链的模式识别,在动物身上也高度识别出了特定的癌细胞。

利用糖链模式,高度识别体内癌细胞

图5:通过糖链簇的“模式识别”,在小鼠体内识别癌症

文 客观日本编辑部

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