顛覆教科書！除了蛋白質和脂類，RNA也可以被糖基化修飾！
已知糖基化是在各種酶的作用下，蛋白質或脂類附加上糖類的過程。這個過程起始發生在內質網中，最後在高爾基體中完成。如在糖基轉移酶的作用下將糖轉移至蛋白質，和蛋白質上的氨基酸殘基形成糖苷鍵，最終形成糖蛋白。
而在2021年5月17日在Cell上發表的一篇題為Small RNAs are modified with N-glycans and displayed on the surface of living cells的研究顛覆了這個定義：除了蛋白質和脂類，RNA也可以被糖基化修飾！
圖片來源：Cell官網
斯坦福大學著名化學生物學家Carolyn Bertozzi教授主導了這項研究，她說道：「這是分子生物學一項驚人的全新發現，細胞中確實存在著我們完全未知的生物分子途徑。」在這項研究之前，科學上已知的糖修飾生物分子是脂肪（脂類）和蛋白質，而糖脂和糖蛋白普遍存在於動物、植物和微生物的細胞中，比如細胞膜中存在糖脂和糖蛋白，分別在細胞的結構組成和細胞識別中起重要作用，糖脂也是革蘭氏陽性細菌菌膜的常見組成成分。
這種被糖基修飾的RNA被稱為glycoRNA，它是以一小段核糖核酸（RNA）作為支架，連接著一種糖類分子——聚糖（glycan），是在細胞表面發現的常見碳水化合物。他們通過一系列化學和生化的方法，將一些不明顯的「報告」化學物質附著在某種生物分子上，而這些生物分子在進行某些反應時會發光。研究者為許多不同的聚糖配備了「燈泡」，以觀察糖所結合的生物分子以及與糖結合的生物分子在細胞內外的位置，最終發現了一種小的非編碼RNA中帶有富含唾液酸結構的聚糖，確定了哺乳動物使用RNA作為糖基化的第三個支架。並且確定這些glycoRNA不僅存在於哺乳動物中，小鼠、倉鼠、斑馬魚這些不同的生物中均廣泛存在，這表明它們具有基本的重要功能。
（圖片來源於Ryan Flynn的插圖）圖中展示了細胞表面的能被糖基化修飾的三種分子從左至右依次為糖蛋白（glycoprotein）、糖脂（glycolipid）、糖RNA（glycoRNA）。
這一發現歸功於這項研究的第一作者波士頓兒童醫院幹細胞與再生醫學助理教授Ryan Flynn，他的專業領域為RNA，並且對聚糖很少有瞭解，他作為博士後研究員來到了Bertozzi的實驗室。而Bertozzi教授主要研究是聚糖，在過去的25年裡，她一直致力於將邊緣的糖生物學領域帶入主流，也推進了糖的結構與蛋白質以及核酸是同等重要的看法。「如果你相信教科書的話，RNA和聚糖生活在兩個不同的世界裡。」Bertozzi教授提到。因為我們知道大多數RNA都存在於細胞核或者細胞質中，而聚糖則是在細胞膜結合的亞細胞結構。然而，令人意想不到的是，就是這一奇特的「碰撞「」反而激發起Flynn的興趣，讓他懷疑這兩個世界是否真的有重疊呢？就是帶著這個問題，Flynn發現了一種與唾液酸前體分子結合的標記糖，也發現了它與RNA之間的聯繫。
Bertozzi教授認為這些被聚糖修飾的RNA，即glycoRNA可能與自身免疫性疾病相關。
對活細胞的分析表明，大多數glycoRNA存在於細胞表面，並且與抗dsRNA抗體和Siglec受體家族相互作用。已知Siglec是一類經典的免疫球蛋白樣凝集素，Siglec家族成員參與免疫細胞活化，增殖以及凋亡的調控，同時Siglec家族成員也參與免疫耐受的調控，並在自身免疫病、炎症反應以及腫瘤發生中起著重要的免疫調控作用。由於糖生物學作為人體重要的信號分子，對於炎症反應及腫瘤調控信號具有重要的作用，Siglec則通過識別含有唾液酸的糖鏈結構，介導細胞與細胞或病原體間的相互作用，在固有免疫和適應性免疫中發揮重要的調控作用。
總的來說，這些發現表明RNA生物學與糖生物學存在直接的聯繫，擴寬了RNA在細胞外生物學的作用。雖然glycoRNA的功能還尚不清楚，但是非常值得進一步研究，因為它們可能與導致身體攻擊自身組織和細胞自身免疫性疾病相關。如患有狼瘡的人的免疫系統靶向幾種特定RNA，這些RNA可組成glycoRNA。
參考資料：
Ryan Flynn et al.,(2021)Small RNAs are modified with N-glycans and displayed on the surface of living cells.Cell.Doi:https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.04.023
Stanford researchers make『bombshell』discovery of an entirely new kind of biomolecule.https://news.stanford.edu/press/view/39564
Siglec家族–腫瘤免疫療法新方向https://www.sohu.com/a/332008906_120053838
來源：生物谷
