分享一篇发表在JACS上的文章，题目为“A Photoactivatable Glycoenzyme Platform for Spatiotemporally Controlled, Protein-Selective, and In Vivo Glycan Editing”，通讯作者是来自南京大学的谢然教授。他们课题组的主要研究方向为糖化学生物学。

细胞表面的糖链形成高度动态的分子界面，在细胞通讯、免疫监测、病原体识别等有着重要作用。但糖链结构的高度复杂性以及异质性，使得在活细胞中以高时空分辨率解析并编辑糖链十分困难。近年来出现的靶向糖链编辑的技术通过外源糖酶来改造细胞表面糖链，但是多数糖酶活性难以控制在特定时间窗口和特定位点。为解决此问题，本文作者通过非天然氨基酸插入和光门控策略，实现了糖链编辑的时空可控并可进一步拓展至蛋白选择性与体内糖链编辑。

作者提出了GLOBE（Glycoenzyme Light-mediated Optical control for Biosurface Editing，糖酶介导的光控生物表面编辑平台）。作者首先选择了GAO（galactose oxidase，半乳糖氧化酶）作为模型蛋白，通过遗传密码子拓展技术，将蛋白的活性位点口袋附近的Y405上引入非天然氨基酸ONBY（o-硝基苄基酪氨酸），从而使酶处于被“笼锁”的低活性状态。经365nm的紫外光照射后ONBY脱除，从而恢复酶的活性。

在此基础上，作者将光控GAO与MUC1的适配体偶联，构建了可靶向特定膜蛋白邻域的GAO-适配体系统。该策略使糖酶能够先识别并定位于MUC1附近，再在光照后对局部糖链进行氧化修饰，从而实现蛋白选择性的糖链编辑。

此后作者将此技术扩展至糖苷水解酶，作者在RgGH33（一种唾液酸酶）中成功实现了反应位点的ONBY插入，并且成功实现酶活性的光激活。并将GAO与RgGH33联用，先通过去唾液酸酶暴露底层Gal/GalNAc，再由GAO进一步氧化生成醛基，从而在活细胞表面实现模块化、时空受控的级联聚糖编辑。

作者通过局部光照，GLOBE可将糖链编辑精确限制在单细胞甚至亚细胞尺度的细胞表面微区。基于此产生的醛基把手，作者进一步利用醛基-肼基反应实现了可控的细胞-细胞偶联，并在肿瘤细胞与T细胞体系中观察到TNF-α和IFN-γ分泌增强。

该平台还被应用于体外受精模型，用于捕捉受精早期透明带糖链的动态重塑过程。作者还借助上转换纳米颗粒（UCNPs），利用980 nm近红外光激发其产生局部365 nm紫外发射光，在小鼠肿瘤模型中实现了体内局部糖链编辑。

总之，GLOBE 平台通过定点安装光响应非天然氨基酸，为糖酶活性的时空控制提供了一种具有推广潜力的工程化策略。

本文作者：LYZ

责任编辑：LCX

DOI：10.1021/jacs.5c21919

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c21919