2019年年底，新型冠状病毒SARS-CoV-2作为人类病原体出现，随即席卷全球。因此了解该病毒的结构和功能对于靶向 COVID-19 疫苗和疗法至关重要，而新冠病毒的“高度糖基化”现象是攻克疫苗的瓶颈之一。
2020年7月31日，四川大学华西医院科研团队再次在生物学预印本bioRxiv在线发表文章“Mucin-type O-glycosylationLandscapes of SARS-CoV-2 Spike Proteins”，利用基于生物质谱技术的整合糖蛋白质组学新方法，分析了去除N-糖基化修饰的完整O-糖基化肽段，绘制了新冠病毒SARS-CoV-2重组表达蛋白的所有O-糖基化修饰位点以及位点特异性的O-糖链组成图谱。首次揭示出S蛋白是一种mucin型糖蛋白。
研究背景
新型冠状病毒（SARS-CoV-2）中的刺突蛋白（Spike蛋白）是一种高度糖基化的蛋白质，促进病毒粘附、进入和膜融合。本文作者报告使用高分辨率质谱全面精确的表征SARS-CoV-2中S蛋白特异性位点的O-糖基化图谱，这些特异性O-糖基化位点有望为病毒结合机制提供新的见解，并为疫苗和靶向药物的开发提供策略。
研究思路
杆状病毒昆虫细胞表达的重组S蛋白通过胰蛋白酶消化和胰蛋白酶结合Glu-C消化进行互补鉴定，一共鉴定到43个高可信度的O-糖苷。分析结果发现O-糖苷聚集在多个区域，特别是S蛋白的N-端和C-端（图1B）。此外，O-糖苷T323，S325，T333，S345和S477位于受体结合域（RBD）中，首次揭示SARS-CoV-2 S蛋白是mucin型糖蛋白。最后，对S蛋白的位点特异性O-糖基化进行了全面分析，确定了六种mucin型O-聚糖成分及对应位点（图2C），大多数糖基包含至少两种类型的O-聚糖，其中大多数是非唾液酸化的（图2C）。这些结果表明昆虫细胞表达的重组SARS-CoV-2 S蛋白上存在聚集的mucin型O-聚糖。
图2：昆虫细胞表达的重组S蛋白位点特异性O-糖基化表征
人源细胞表达的重组S蛋白通过胰蛋白酶消化和胰蛋白酶结合Glu-C消化进行互补鉴定，共鉴定到30个高可信度O-糖苷（20个O-糖基化的Thr残基和10个O-糖基化的Ser残基）（图3A）。结果显示O-糖苷主要聚集在S1亚基和RBD的N-端和C-端（图3B和3C）。值得注意的是，T323和S325两个保守的O-糖苷位于S1亚基的RBD中，在病毒与hACE2受体结合中起关键作用。对S1亚基的位点特异性O-糖基化进行整体分析，确定mucin型O-聚糖成分及对应位点，大多数糖基包含至少两种类型的O-聚糖，其中大多数被唾液酸化（图3D）。这些结果表明在人细胞中表达的重组SARS-CoV-2 S蛋白上mucin蛋白类型的O-糖基化更复杂，O-聚糖成分存在异质性。
图3：人源细胞表达的重组S蛋白位点特异性O-糖基化表征
进一步分析昆虫细胞和人源细胞表达的S1亚基的O-糖基化修饰，分别有23个O-糖苷、30 个O-糖苷存在于昆虫细胞和人类细胞中表达的S1亚基中（图4A、B）。昆虫细胞和人源细胞产生的S1亚基中分别鉴定出7个和14个独有O-糖苷（图4C）。此外，每种类型的O-聚糖组分所占据的S1亚基O-糖苷的数量也有很大差异（图4D）。这些结果表明，O-糖位点和O-糖链的组成随宿主细胞类型的不同而不同，在利用重组蛋白进行疫苗和药物开发时可以考虑到这一点。
图4：昆虫细胞和人源细胞表达的S1亚基的O-糖基化景观比较
结论
张勇博士为本论文的第一作者，青莲百奥非常荣幸邀请到张勇博士在8月19日给大家带来关于“临床糖蛋白质组学方法与应用研究”的公开课！
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