原位可视化细胞表面特定RNA的唾液酸化及N-糖基化位点的探测

糖基化是一种主要发生在蛋白质和脂质上的翻译后修饰过程，在调控、蛋白质运输、降解和免疫识别等多种功能中发挥重要作用。近几年，RNA也被证明存在以唾液酸为末端的氮糖基化修饰，并引起广泛的关注。传统分析糖基化RNA的方法往往需要打碎细胞提取总RNA进行分析，这会导致RNA糖基化位点信息的丧失，影响对糖基化RNA功能的研究。此外，RNA上N-糖基化位点的数量也不明确。近日，南京大学鞠熀先、陈云龙研究团队将分级编码技术与杂交链式反应（HCR）技术结合，发展了一种活细胞表面的RNA特异性唾液酸化第二代分级编码策略（HieCo 2），通过新陈代谢标记、分级编码、级联解码、HCR信号放大（图1），实现了对活细胞表面特定RNA上的唾液酸化成像，并推算出特定RNA上N-糖基化位点的数量。

图1. 活细胞表面RNA特异性唾液酸化第二代分级编码成像的示意图。（A）新陈代谢标记与编码过程。（B）级联解码与信号放大过程。

为计算RNA上的氮糖基化位点数量，作者提出HieCo 2策略，使用FAM荧光基团标记特定RNA的识别序列，并在HCR步骤中仅使用一段带有FAM荧光基团的发夹进行反应（图2A）。通过比较解码前后的同一细胞表面荧光强度的变化（图2B、C），结合体外实验测出的RNA上唾液酸的新陈代谢标记和点击反应效率，计算出单个Y5 RNA上的唾液酸个数（图2D），并根据氮糖结构特点推算出不同RNA上N-糖基化位点数量。

图2. （A）定量RNA上的N-糖基化位点原理示意图。（B）解码前（黄色柱）、后（绿色柱）的细胞表面荧光成像图。（C）解码前（黄色柱）、后（绿色柱）的细胞表面荧光强度统计图。（D）计算得到的不同细胞珠上单个Y5 RNA修饰的唾液酸数量。

此外，由于HieCo 2过程将长链DNA接到特定RNA的唾液酸上，进而增大了Y5 RNA上唾液酸的空间位阻（图3A）。作者发现这一过程可以选择性阻碍唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素14（Siglec-14）对细胞表面唾液酸的识别，却不影响其它凝集素如Siglec-7识别细胞表面的唾液酸（图3B、C）。该现象揭示了Siglec对糖基化RNA的结合偏好。此外，由于Siglec-14参与先天免疫和炎症反应，作者推测糖基化RNA会参与调节这些生物过程。

图3. （A）HieCo 2阻碍Siglec-14识别唾液酸的原理示意图。（B）流式细胞仪分析HieCo 2对不同Siglec识别的影响。（C）B图中蓝色区域所占送细胞数的百分比。

这一成果近期发表在Journal of American Chemical Society上，文章的通讯作者是南京大学鞠熀先教授和陈云龙副教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

In Situ Visualization of RNA-Specific Sialylation on Living Cell Membranes to Explore N-Glycosylation Sites

Huipu Liu, Xuemei Li, Yi Ren, Yuanjiao Yang, Yunlong Chen*, Huangxian Ju*

J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 8780–8786, DOI: 10.1021/jacs.4c01826

鞠熀先教授简介

鞠熀先教授，南京大学生命分析化学国家重点实验室主任，国际电化学会会士、英国皇家化学会会士、中国化学会会士。1986、1989、1992年分别获南京大学理学学士、硕士与博士学位后留校任教。1996-1997年为Montreal大学博士后，1999年任南京大学教授。2003年获国家杰出青年科学基金，2007年教育部“长江学者”特聘教授、“新世纪百千万人才工程”国家级人选，2009年为“973”计划项目首席科学家，2010年选为享受国务院特殊津贴专家，2005-2014年为国家自然科学基金创新研究群体的负责人。

研究方向为生命分析化学与分子诊断学，包括纳米生物传感、细胞分析化学、临床分子诊断。他致力于生物传感与生命分析化学领域的发展，开拓了纳米电致化学发光传感与细胞生物功能分子原位检测方向，特别是在17年前首次建立细胞表面糖基的原位电化学检测方法，开创了细胞表面糖基的原位检测领域，发展了糖基识别与多种定点标记技术，并通过细胞表面糖基的原位编辑和细胞聚糖重塑，为发展靶向聚糖的疾病治疗方法提供了全链条研究工具，做出了该领域的奠基性工作。鞠熀先教授曾获美国化学会2022年度测量科学进展讲座奖、中国化学传感器首届雷磁杰出成就奖，以及省部级自然科学或科学技术奖励一等奖11项、二等奖6项。发表论文915篇，授权专利46件，中、英文专著各6部。论文被SCI刊物他引44000多次，h-index 106 (GS h-index 117，引用53000多次)。

鞠熀先

https://www.x-mol.com/university/faculty/11571 

课题组主页

http://sklac.nju.edu.cn/hxju 

陈云龙副教授简介

陈云龙，南京大学化学化工学院副教授。主要从事细胞糖基相关生物分子原位分析方法学研究。发展了细胞表面糖基密度检测，多组分糖基同时检测，特定蛋白质上糖基原位成像，细胞内糖基化过程动态监测，细胞表面糖脂亚类筛查和再生分析等一系列新方法。目前聚焦于：1）组织和活体内糖基原位检测新方法及其功能探究；2）特殊糖缀合物的检测、结构鉴定与生物功能机制探究；3）聚糖介导的疾病诊疗新方法等领域。已在J. Am. Chem. Soc, Angew. Chem. Int. Ed.等杂志上发表SCI论文30余篇，他引500余次。

ORCID：0000-0002-3775-3028；ResearcherID：A-5563-2014。

个人主页：https://chem.nju.edu.cn/cyl