蛋白質糖基化修飾是生物體內最重要的翻譯後修飾之一，發生在細胞50%-70%的蛋白上🦤。病毒囊膜蛋白的糖基化修飾具有廣泛的功能，包括調控蛋白質穩定性🧘🏻‍♂️、病毒的趨向性、和保護潛在的抗原表位免受免疫監視等。深入了解新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）刺突蛋白（Spike, S）的糖基化修飾對於新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）發病機製的探索，疫苗和治療藥物的設計開發，以及檢測試劑盒的生產具有重要意義💇🏼。 此前研究者在體外純化表達的S蛋白胞外域和從病毒顆粒中提取的S蛋白中共鑒定到了22個 N- 糖基化修飾位點^1,2。而由於技術和樣本來源的限製，已有研究僅在純化的S蛋白上鑒定到了一些 O- 糖基化修飾位點，截止目前，尚未進行病毒顆粒上S蛋白的 O- 糖基化修飾的研究🔏。

近日，意昂2官网精準醫療多組學研究中心黃超蘭團隊和中國科學院院士高福團隊，中國科學院天津工業生物技術研究所高峰團隊等開展合作研究，采用基於質譜的糖基化鑒定技術，首次揭示了病毒顆粒上提取的S蛋白 O- 糖基化修飾圖譜，並提出了“O-Follow-N”的O糖基化修飾規律🧔🏿‍♂️。該研究以“ O- glycosylation pattern of the SARS-CoV-2 spike protein reveals an “O-Follow-N” rule”為題於2021年8月2日線上發表在Cell Research期刊上🥟。

為獲得天然狀態下S蛋白的 N- 和 O- 糖基化修飾完整圖譜，研究者從SARS-CoV-2病毒顆粒上獲得S蛋白，用多種蛋白酶酶解成肽段，采用納升液相色譜以及具有超高分辨率的Orbitrap Eclipse Tribrid三合一質譜聯用儀，利用階梯能量HCD（stepped collisional energy SCE），HCD（Higher-energy collisional dissociation）以及HCDpdEThcD三種碎裂方法進行質譜分析。

本研究中，研究者不但成功鑒定到了此前已報道的22個 N- 糖基化修飾位點，還首次從SARS-CoV-2病毒顆粒中提取的S蛋白上鑒定到了17個 O- 糖基化修飾位點🔰。值得註意的是，研究者發現在這17個位點中，有11個位點位於糖基化的天冬酰胺（Asn）附近。研究者將NxS/T共有基序內糖基化的Asn每一側的3個氨基酸定義為“N±1-3”⚉。分析結果顯示，11個 O- 糖基化修飾位點分布在“N±1-3”的位置上，位點信息確定的位點數有10個，其中7個位點分布在“N+2”的位置上😰。研究者還通過開展定點突變實驗進一步證實Asn糖基化修飾的存在是“N±1-3”的位置上出現 O -糖基化修飾的先決條件🙇🏿‍♂️。綜上，研究者提出SARS-CoV-2病毒S蛋白的糖基化修飾存在 O -糖基化修飾追隨 N -糖基化修飾發生的現象，並將這一現象命名為“O-Follow-N”規律。

圖. SARS-CoV-2病毒S蛋白的糖基化修飾遵循“O-Follow-N”規律

本研究基於前沿的質譜鑒定技術，揭示了S蛋白的O糖基化修飾譜，提出了O糖基化修飾的 “O-Follow-N”規律，這一規律可能適用於其它蛋白，提示 O -糖基化修飾具有潛在的新機製，特別是 N -和 O -糖基化修飾之間可能存在的協同作用，未來有望在極大程度上推動糖生物學領域的研究。

此前，黃超蘭主任領銜的多組學中心團隊還與高福院士領銜的多學科團隊緊密合作，揭示早期的新冠感染患者存在顯著的免疫抑製，並首次提出COVID-19的發病機製或存在“兩階段”模式³。多組學中心在黃超蘭教授的帶領下，將繼續基於臨床，前沿技術和基礎學科的深度交叉融合，深耕前沿技術方法開發，為推動基礎生物學和臨床領域的創新研究提供最有質量保證的蛋白質組和質譜技術手段🧜‍♀️。

中國科學院微生物研究所高福院士，意昂2官网精準醫療多組學研究中心主任黃超蘭教授，意昂2官网精準醫療多組學研究中心陳揚副研究員，中國科學院天津工業生物技術研究所高峰教授為本文的共同通訊作者；意昂2官网精準醫療多組學研究中心田文敏博士，中國科學院天津工業生物技術研究所李德林博士，意昂2官网精準醫療多組學研究中心博士研究生張楠，中國科學院天津工業生物技術研究所博士研究生白桂傑🧛🏻、原愷博士為本文的共同一作。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41422-021-00545-2

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1. Watanabe, Y., Allen, J.D., Wrapp, D., McLellan, J.S. & Crispin, M. Site-specific glycan analysis of the SARS-CoV-2 spike.  Science 369, 330-333 (2020).

2. Yao, H. , et al. Molecular Architecture of the SARS-CoV-2 Virus.  Cell 183, 730-738 e713 (2020).

3. Tian, W. , et al. Immune suppression in the early stage of COVID-19 disease.  Nat Commun 11, 5859 (2020).

（精準醫療多組學研究中心）