Modułowe podejście do syntezy N-glikanów do dołączania do szkiełka pokrytego tlenkiem glinu (ACG) jako mikromatrycy glikanowej zostało opracowane i zademonstrowano jego zastosowanie do profilowania przeciwciała neutralizującego wirusa HIV.
Artykuł metodologiczny
Modułowe podejście do syntezy N-glikanów do dołączania do szkiełka pokrytego tlenkiem glinu (ACG) jako mikromatrycy glikanowej zostało opracowane i zademonstrowano jego zastosowanie do profilowania przeciwciała neutralizującego wirusa HIV.
Prezentujemy wysoce efektywny sposób na szybkie przygotowanie szerokiej gamy oligosacharydów związanych z N (szacowanych na ponad 20 000 struktur), które są powszechnie spotykane na ludzkich glikoproteinach. Aby osiągnąć pożądaną różnorodność strukturalną, strategię rozpoczęto od chemoenzymatycznej syntezy trzech rodzajów modułów fluorku oligosacharylu, a następnie ich stopniowej α-selektywnej glikozylacji w pozycjach 3-O i 6-O reszty mannozy wspólnego rdzenia trisacharydu o kluczowym β wiązaniem mannozydowym. Następnie przymocowaliśmy N-glikany do powierzchni szkiełka ze szkła pokrytego tlenkiem glinu (ACG), aby stworzyć kowalencyjną mieszaną matrycę do analizy interakcji hetero-liganda z przeciwciałem HIV. W szczególności wiązanie nowo wyizolowanego przeciwciała neutralizującego HIV-1 (bNAb), PG9, z mieszaniną blisko rozmieszczonego Man5GlcNAc2 (Man5) i 2,6-di-sjalylowanego kompleksu dwuantenowego typu N-glikan (SCT) na matrycy ACG, otwiera nową drogę do kierowania skutecznym projektem immunogenu do opracowania szczepionki przeciwko HIV. Ponadto nasza matryca ACG stanowi potężne narzędzie do badania innych przeciwciał HIV pod kątem wiązania hetero-ligandów.
N-glikany na glikoproteinach są kowalencyjnie połączone z resztą asparaginy (Asn) konsensusu Asn-Xxx-Ser/Thr sequon, które wpływają na kilka procesów biologicznych, takich jak konformacja białka, antygenowość, rozpuszczalność i rozpoznawanie lektyn1,2. Synteza chemiczna oligosacharydów sprzężonych z N stanowi poważne wyzwanie syntetyczne ze względu na ich ogromną mikroniejednorodność strukturalną i wysoce rozgałęzioną architekturę. Staranny dobór grup ochronnych w celu dostrojenia reaktywności bloków budulcowych, osiągnięcie selektywności w centrach anomerycznych oraz właściwe użycie promotora/aktywatora (aktywatorów) są kluczowymi elementami syntezy złożonych oligosacharydów. Aby rozwiązać ten problem złożoności, niedawno zgłoszono ogromną ilość pracy nad postępem w syntezie N-glikanów3,4. Pomimo tych solidnych podejść, znalezienie skutecznej metody przygotowania szerokiej gamy N-glikanów (~20 000) pozostaje poważnym wyzwaniem.
Szybkie tempo mutacji HIV-1 w celu osiągnięcia rozległej różnorodności genetycznej i jego zdolności do ucieczki przed neutralizującą odpowiedzią przeciwciał, jest jednym z największych wyzwań dla opracowania bezpiecznej i profilaktycznej szczepionki przeciwko HIV-15,6,7. Jedną ze skutecznych taktyk stosowanych przez wirusa HIV w celu uniknięcia odpowiedzi immunologicznej gospodarza jest potranslacyjna glikozylacja glikoproteiny otoczki gp120 z różnorodnymi glikanami sprzężonymi z N pochodzącymi z maszynerii glikozylacji gospodarza8,9. Niedawny raport dotyczący dokładnej analizy rekombinowanej monomerycznej glikozylacji gp120 HIV-1 z ludzkich embrionalnych komórek nerki (HEK) 293T sugeruje występowanie mikroheterogeniczności strukturalnej z charakterystycznym wzorcem specyficznym dla komórki10,11,12. Dlatego zrozumienie specyficzności glikanowej bNAbs HIV-1 wymaga dobrze scharakteryzowanych struktur N-glikanów związanych z gp120 w ilości wystarczającej do analizy.
Odkrycie technologii mikromacierzy glikanowych umożliwiło wysokoprzepustową eksplorację specyficzności różnorodnych białek wiążących węglowodany, wirusów/adhezyn bakteryjnych, toksyn, przeciwciał i lektyn13,14. Systematyczne ułożenie glikanów w formacie opartym na układach scalonych może określić problematyczne interakcje białko-glikany o niskim powinowactwie poprzez wielowartościową prezentację15,16,17,18. Ten układ glikanów oparty na chipie wydaje się skutecznie naśladować interfejsy komórka-komórka. Aby wzbogacić technologię i przezwyciężyć nierówny problem związany z konwencjonalnymi formatami matryc, nasza grupa opracowała niedawno matrycę glikanów na szkiełku pokrytym tlenkiem glinu (ACG) przy użyciu glikanów zakończonych kwasem fosfonowym w celu zwiększenia intensywności sygnału, jednorodności i czułości19,20.
Aby poprawić obecną wiedzę na temat epitopów glikanowych nowo wyizolowanych przeciwciał neutralizujących HIV-1 (bNAbs), opracowaliśmy wysoce efektywną strategię modułową do przygotowania szerokiej gamy glikanów sprzężonych z N21,22 do wydrukowania na slajdzie ACG (zobacz Rysunek 1). Badania profilowania swoistości bNAb HIV-1 na matrycy ACG wykazały niezwykłe wykrycie hetero-glikanowego zachowania wiązania bardzo silnego bNAb PG9, który został wyizolowany od osób zakażonych wirusem HIV23,24,25.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie modułów ramienia D1/D222
2. Przygotowanie glikanu 10
3. Przygotowanie glikanów z kwasem fosfonowym Tail19,22
4. Tablica glikanów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Modułowa strategia chemoenzymatyczna do syntezy szerokiej gamy N-glikanów jest przedstawiona w Rysunek 1. Strategia opiera się na fakcie, że różnorodność może być tworzona na początku przez chemoenzymatyczną syntezę trzech ważnych modułów, a następnie przez swoistą dla α mannozylację w pozycji 3-O i/lub 6-O reszty mannozy wspólnego rdzeniowego trisacharydu N-glikanów. Biorąc pod uwagę różnorodność strukturalną struktur N-gl...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Klasa bNAb HIV-1, w tym PG9, PG16 i PGTs 128, 141-145, okazała się bardzo skuteczna w neutralizowaniu 70-80% krążących izolatów HIV-1. Epitopy tych bNAb są wysoce konserwatywne wśród wariantów całej grupy M HIV-1, dlatego mogą kierować skutecznym projektem immunogenowym szczepionki przeciwko HIV w celu wywołania przeciwciał neutralizujących 23,24,25. W ramach naszych ciągłych wysiłków zmierzających do zidentyfikowania epitopów g...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy dziękują Wydziałowi Technologii Cienkowarstwowej, Centrum Badań nad Technologią Instrumentów (ITRC) oraz Narodowym Laboratoriom Badań Stosowanych, Park Naukowy Hsinchu, Tajwan. Prace te były wspierane przez Krajową Radę Nauki (grant nr 1). MOST 105-0210-01-13-01) oraz Academia Sinica.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kwas octowy | Sigma Aldrich | 64197 | |
| Acetonitryl | Sigma Aldrich | 75058 | |
| Bezwodnik octowy | Sigma Aldrich | 108247 | |
| Bezwodny siarczan magnezu | Sigma Aldrich | 7487889 | |
| Eterian etylowy trifluorku boru | Sigma Aldrich | 109637 | |
| Albumina surowicy bydlęcej | Sigma Aldrich | 9048468 | |
| Bio-Gel P2 poliakryloamid | Bio-Rad | 1504118 | |
| Dichlorek bis(cyklopentadienylo)hafnu(IV) | Sigma Aldrich | 12116664 | |
| β-1,4 Galaktozylotransferazy z mleka krowiego | Sigma Aldrich | 48279 | |
| BioDot Technologia kartezjanowa z robotycznym pinem SMP3 (Stealth Micro Spotting Pins) | Arrayit | ||
| Molibdenian ceru amonu | TCI | C1794 | |
| Azotan ceru amonu | Sigma Aldrich | 16774213 | |
| Szkiełko czyste | Schott | ||
| Kwas cytydyno-5′-monofosfo-N-acetyloneuraminowy | Sigma Aldrich | 3063716 | |
| Deuterowany chloroform | Sigma Aldrich | 865496 | |
| Osioł Anty-ludzka IgG (Alexa Fluor647 sprzężona | Jackson Immuno Research, USA | 709605098 | |
| Dichlorometan | Sigma Aldrich | 75092 | |
| Trifluorek dietyloaminosarki | Sigma Aldrich | 38078090 | |
| Dimetyloformamid | Sigma Aldrich | 68122 | |
| Octan etylu | Sigma Aldrich | 141786 | |
| Glikol etylenowy | Acros Organic | 107211 | |
| FAST Szkiełka ramowe | Sigma Aldrich | ||
| Guanozyna 5'- sól disodowa difosfo-b-L-fukozy | Oprogramowanie Sigma Aldrich | 15839700 | |
| Lab tracer 2.0 | Sekcja 4 protokołu | ||
| Czytnik GenePix Pro 4300A (analiza obrazu mikromacierzy) | urządzenia molekularne | www.moleculardevices.com | |
| Oprogramowanie GraphPad Prism (przetwarzanie obrazu) | GraphPad Software, Inc | http://www.graphpad.com/guides/prism/6/user-guide/ | |
| Wodorotlenek litu | Sigma Aldrich | 1310652 | |
| Chlorek manganu | Sigma Aldrich | 7773015 | |
| Metanol | Sigma Aldrich | 67561 | |
| N-butanol | Sigma Aldrich | 71363 | |
| Kwas szczawiowy | Acros Organiczny | 144627 | |
| Wodorotlenek palladu | Sigma Aldrich | 12135227 | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanem | Thermo Fisher Scientific | ||
| Pirydyna | Sigma Aldrich | 110861 | |
| Kwas P-toluenosulfonowy jednowodny | Sigma Aldrich | 773476 | |
| Srebrna triflata | Sigma Aldrich | 2923286 | |
| Wodorowęglan sodu | Sigma Aldrich | 144558 | |
| Chlorek sodu | Sigma Aldrich | 7647145 | |
| Sód wodór | Sigma Aldrich | 144558 | |
| Mettlenek sodu | Sigma Aldrich | 124414 | |
| Siarczan sodu | Sigma Aldrich | 7757826 | |
| Toluen | Bufor Sigma Aldrich | 108883 | |
| Tris | Amresco | N/A | Ultra-czysty gatunek |
| Tween-20 | Amresco | 9005645 | |
| galaktoza difosforanu urydyny (UDP-galaktoza) | Sigma Aldrich | 137868521 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie