“糖密码”的化学解析

杜昱光院士主持报告

     报告人简介     

2002年本科毕业于清华大学化学系，2007年获加州大学伯克利分校化学博士，随后在哈佛大学医学院从事博士后研究。2010年加入北京大学化学学院，2016年晋升为北京大学长聘正教授。

获2014年度国家杰出青年科学基金资助，入选教育部2018年度长江学者特聘教授。曾获张树政糖科学杰出成就奖、科学探索奖、陈嘉庚青年科学奖、中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖、美国化学会Horace S. Isbell Award、David Gin New Investigator Award等。

研究集中于化学糖生物学，以“活体中的糖质功能解析”为核心，开发糖质标记、成像和组学分析方法，解决糖科学中的重要问题。

陈兴院长攻读博士期间，师从2022年诺贝尔化学奖得主卡罗琳·贝尔托西，在糖生物学领域利用生物正交反应探索细胞和跟踪生物过程，有自己深刻又独到的见解。

     报告内容     

报告中，陈兴教授介绍了其课题组近年来在糖生物学领域取得的一系列进展，尤其是基于生物正交反应利用化学工具阐明糖基化的生物学功能，以及其在体内的标记与可视化。

糖链被认为是核酸和蛋白质之外的“第三条生命链”，蕴含了丰富的生物学信息，其功能解析是后基因组时代的重要科学问题之一。在生命体系中，对糖质进行标记、分析和调控是解析“糖密码”的关键。化学与糖生物学的交叉融合，为解析糖质的生物学功能提供了新的途径。

    陈兴教授做报告

首先，以“活细胞和活体上的糖质标记、监测和功能解析”为核心，用化学方法在分子层次的独特优势为切入点，陈兴教授介绍了将生物正交化学与特异性的糖质标记相结合的策略，实现了对一系列不同组织中聚糖的标记。目前借助唾液酸的代谢途径，他们已成功将这种方法应用于心脏、肿瘤以及大脑中聚糖的成像，实现了对活体系统中聚糖分子的可视化。

为了进一步解析聚糖分子的结构细节，突破传统成像中分辨率不足的问题，陈兴教授课题组结合膨胀显微镜（Expansion Microscopy, ExM）技术，通过“点击反应”对生物分子进行代谢标记（如叠氮和炔基），将生物分子与链霉亲和素连接，随后通过各向同性的溶胀实现对成像信号的放大，将针对聚糖分子的超高分辨成像方法拓展到其他生物分子的超分辨显示。

    陈兴教授解析O-GlcNAc修饰    

此外，陈兴教授课题组还对细胞内的糖基化修饰进行了一系列研究。以O-GlcNAc修饰为例，通过与蛋白质组学结合研究了O-GlcNAc修饰与蛋白质稳定性的关系确定了糖基化后较稳定的蛋白，并选择了Box C/D snoRNP作为目标蛋白进行研究。同时为了解决糖代谢标记无选择性的问题，结合转基因技术采用一种“凹凸策略”，基于结构分析通过对非天然糖的结合口袋进行突变，从而引入炔基进行生物正交，可应用于进一步靶定肿瘤细胞中的糖基化水平的变化。

最后，陈兴教授介绍了一种临床中区分IgA肾病和传统肾病的一种方法，即利用肾脏组织IgA抗体糖基化水平的不同进行检测，从而改进肾穿刺的传统方法。陈兴教授课题组近年来开发了一系列化学工具和策略，研究糖基化在发育、神经连接、心血管系统等中所发挥的功能，为重要人类疾病的诊断和治疗提供新思路。