ACS Cent. Sci.|磷酸盐作为聚糖合成的辅助基团

分享一篇发表在ACS Central Science上的文章，标题为 “Phosphates as Assisting Groups in Glycan Synthesis”, 文章的通讯作者是来自德国马克思普朗克胶体与界面研究所的Martina Delbianco教授；Martina Delbianco教授主要从事分析低聚糖和多糖的化学成分、三维结构和性质之间的相关性，进而开发新型碳水化合物材料的相关研究。在本文中，作者主要是在通过碱性磷酸酶酶法无痕去除磷酸盐后，揭示了天然聚糖结构及其纳米结构的组装。

在本文中，作者展示了磷酸盐作为辅助基团合成复杂的不对称唾液酸化N-糖以及纤维素低聚糖的分离和受控组装的效用。

图1 磷酸单酯作为聚糖合成的辅助基团

首先，作者测试了磷酸盐阻断方法对含有两个简并半乳糖单元的双触角五糖（图1）的不对称唾液酸化的可行性。测试了来自细菌来源的市售唾液酸转移酶（Pd2,6ST）在磷酸化聚糖上安装α2,6唾液酸。

接下来，在光不稳定性固体载体1上采用的构建单元2、3和4上支链N-糖骨架的AGA（图2）。糖基化、脱保护和笼化的循环能构建固体结合的五糖，在其中一个分支上半乳糖残基的C-6位置暴露游离羟基。树脂上的磷酸化能得到单磷酸化合物5（图2）。从树脂中裂解和全域脱保护可在16个步骤中获得4%的单磷酸化合物6。对于酶促唾液酸化来说，将寡糖6与Pd2,6ST和CMP-Sialic acid一起孵育以提供中间体7。六糖8的分离收率为97%（分两步）。当ALP介导的去磷酸化优于唾液酸化时，观察到唾液酸化寡糖的混合物（8、10、和11，图2），证实了磷酸盐辅助方法的效用。这些结果表明，磷酸单酯作为一般温和封闭基团，在复合聚糖的残基特异性酶功能化方面具有潜力。

图2 磷酸化聚糖的位点特异性唾液酸化

部分受保护的中间体或疏水性结晶聚糖的聚集会大大降低化学聚糖合成的产量。作者设想，离子磷酸酯的插入将通过增加低聚物在水性介质中的溶解度来防止脱保护期间和自护的意外聚集。纤维素八糖18被选为第一个靶标（图3），因为它在介质中的溶解度较差，以前仅以痕量分离。用ALP处理可获得不溶性低聚糖18，该寡糖很容易通过离心分离（图3）。类似的方法允许在多于29个步骤中以1%的产率合成较长的聚糖链（图3），在这里添加了3个磷酸基团，以确保在整个合成过程中的溶解度。

透射电镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）分析显示，所得沉淀由长晶组成，与较短的低聚物非常相似（图3）。去磷酸化后，纤维素低聚物沿血小板厚度以反平行方式排列。AFM分析证实了血小板的形成，其高度与低聚体长度相关（图3）。当在不同的温度、浓度和酶的情况下进行ALP触发的去磷酸化时，观察到微晶形态的最小变化。这些结果表明，ALP的去磷酸化可用于触发聚糖组装称具有规定尺寸的纳米材料，作为了解多糖自然聚集的模型或用于原位生物医学应用。

图3 酶介导的纤维素低聚糖自组装流程

综上所述，作者证明在聚糖骨架上掺入磷酸酯单酯能够实现不对称 N-糖的位点特异性酶功能化。此外，磷酸盐单酯的离子性质被用于防止长的自组装纤维素低聚物不受控制的聚集，并促进在水介质中的分离。与生物过程一样，磷酸单酯是一种无痕的辅助基团，非常适合获得明确的低聚糖和精密的自组装聚糖材料，作为研究天然聚糖的探针。

文章作者：LT

DOI: 10.1021/acscentsci.3c00896