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第七章 凝集素 DiciphersDiciphers of of glycocodeglycocode Questions 什么是凝集素？ 凝集素和配体相互作用力的本质？ 凝集素的分类。 举例说明植物凝集素在研究糖链结构和医学诊 断上的应用？ ConA、LCA、WGA、DSA各 自结合糖链的特点？ BEA类毒素的结构组成？各组成部分的生物功 能？ 植物凝集素的应用 恶性肿瘤的诊断 物理学方法、免疫学方法、生化方法、病理学方法 凝集素法检测组织特异性糖蛋白糖链结构异常 原发性肝癌甲种胎儿球蛋白（AFP） 胰腺癌RNA酶 肾癌谷氨酰胺转肽酶（- GT） 葡萄胎和绒毛膜上皮癌绒毛膜促性腺激素（hCG） 分离糖蛋白 植物抗病虫基因工程 原发性肝癌的早期诊断 甲种胎儿球蛋白（AFP） 浓度升高是肝癌诊 断的重要因素 原发性肝癌患者血清中的AFP会出现： 核心Fuc 血清Tf和肝型ALP: 天线数增加，核心Fuc增加 小部分原发性肝癌患者血清AFP阴性，则可检 测Tf和肝型ALP的N-糖链结构异常。 可以分别用什么凝集素检测？ 植物凝集素的糖结合专一性植物凝集素的糖结合专一性 豆科豆科 巨刀豆凝集素巨刀豆凝集素ConAConA：高高ManMan糖链糖链 不结合三、四天线杂合型糖链不结合三、四天线杂合型糖链 兵豆兵豆/ /小扁豆凝集素小扁豆凝集素LCALCA：带核心带核心FucFuc的三天线强结合的三天线强结合 谷物谷物 麦胚凝集素麦胚凝集素WGAWGA: :平分型平分型GlcNAC/SiaGlcNAC/Sia 茄科茄科 曼陀罗凝集素曼陀罗凝集素DSADSA：GlcNAcGlcNAc/ /三、四天线杂合型糖链及三、四天线杂合型糖链及 偏二天线型强结合偏二天线型强结合 动物凝集素 动物凝集素的发现 动物凝集素的分类 各类动物凝集素的结构和功能 动物凝集素的发现历史 海绵试验(19061907)第一次发现糖参与了动物细 胞之间的相互作用。 肝细胞表面去唾液酸糖蛋白受体 (Asialoglycoprotein Receptor，ASGPR)的发现 20世纪70年代，发现巨噬细胞甘露糖受体 80年代末，预测蛋白质的糖识别域取得进展 Reaggregation of sponge 动物凝集素的分类 C-type：包括selectin、collectin等，活性依赖 Ca2+ Galectin： 早期也称S-type P-type：M-6-P受体 I-type：免疫球蛋白超家族成员，与Sia(Siglec) 或其他糖结合 正五聚蛋白类(Pentraxin) 钙连蛋白(calnexin)和钙网蛋白(calcireticulin) 。 C-type lectin Ca2+依赖的凝集素大家族。CDR具有一级结构 同源性。 发现历史：肝细胞表面的去唾液酸糖蛋白受体 肝凝集素 肝凝集素的发现 对象：血浆铜蓝蛋白 证据： 1）大多数血清糖蛋白都具有sia末端 2）酶法使放射性标记的血浆铜蓝蛋白去唾液酸化 ，再注射到兔子血液中。发现其迅速被清除。 3）如果末端暴露的Gal结构改变，可延长其在血清 中的半衰期。 4）利用唾液酸转移酶和CMP-NeuAC处理，可以 使蛋白再次唾液酸化，这样的产物半衰期可恢复。 5）被清除的放射性去唾液酸糖蛋白被发现结合在 肝脏，分离出受体。 去唾液酸糖蛋白受体(ASGPR) 去唾液酸糖蛋白受体(ASGPR)仅存在于哺乳动物肝细 胞膜表面，能特异性识别和结合末端为-Gal或 GalNAc残基的糖蛋白，其数量的变化可反映肝脏生理 及病理状况。 生理功能：控制唾液酸化糖蛋白的半衰期。 结构：含单个C-type CRD亚基的三聚体。 可用于基因靶向转移和药物靶向治疗。 p119121p119121 C-type lectin亚家族 跨膜的C-lectin I型跨膜蛋白：N-端在胞外 Selectin（选择素、选凝素）：L-、E-、P- 巨噬细胞甘露糖受体（多CRD） II型：N-端在胞质中，C-端在胞外。如肝凝集素、淋巴细胞 凝集素 可溶性C-lectin Collectin（胶原凝素） Lectican（凝集蛋白聚糖）：一些蛋白聚糖（versican、 aggrecan、neurocan、brevican等）的核心肽 无脊椎动物凝集素 蛇毒 C-type lectins亚家族结构模式图 选凝素 (Selectin) 三种选择素介导炎症反应中白细胞与血管内皮 细胞的粘附 L-、E-、P-选择素的比较 L-selectin 介导淋巴细胞(lymphocyte)的归巢 P-selectin出现于炎症反应中内皮细胞募集嗜中性白 细胞过程的早期 E-selectin出现于炎症反应中内皮细胞募集嗜中性 白细胞过程的后期 sLex结构 淋巴细胞归巢 淋巴细胞归巢 (lymphocyte homing)是淋巴细胞的定向 游动,包括： 成熟淋巴细胞向外周淋巴器官归巢 淋巴细胞再循环，即来自血液的淋巴细胞通过毛细血管后静脉 （高内皮小静脉，HEV）进入淋巴循环，以利于免疫细胞接 触外来抗原，然后再回到血液循环 淋巴细胞向炎症部位(如皮肤,肠道粘膜和关节滑膜等炎症部位) 迁移 其分子基础是淋巴细胞表面称之为淋巴细胞归巢受体 (lymphocyte homing recepter, LHR)与内皮细胞上相应 的血管地址素(vascular addressin)的相互作用。 三种选凝素的结构 选择素的配体 (Selectin ligands) L-selectinGlyCAM-1; MAdCAM-1; CD34; PSGL-1 P-selectinPSGL-1; CD24 E-selectinESL-1; All known selectin ligands are transmembrane glycoproteins. All three selectins can recognize glycoproteins and/or glycolipids containing the tetrasaccharide sialyl-Lewisx (sLeX). sLesLe x x 结构结构 巨噬细胞甘露糖受体 (Mannose receptor, MR) 分布：肝脏内皮细胞和巨噬细胞 功能：清除溶酶体酶，tPA和髓过氧化物酶等 炎症反应分泌出的高甘露糖型糖蛋白 结构：具有多个C-type CRD 促黄体素与促滤泡素在体内的不同命运 促黄体素糖链末端为4-O-硫酸化GalNAc，可被MR 识别和迅速清除； 促滤泡素糖链为二天线复杂型，末端为Gal和Sia， 半衰期较长。 P121124P121124 胶原凝素（Colletin） 含C-lectin domain和collagen-like domain，与 先天免疫有关，可激活补体系统。 MBL：Mannose-binding lectin Ficolins：含纤维蛋白原样和胶原样结构域。 激活补体系统的三种途径： 经典途径 Lectin途径 旁路途径 补体激活途径 经典（传统） 途径 替代（旁路） 途径 激活C5 细胞裂解 抗体依赖 甘露糖凝集素 途径 非抗体依赖 激活C3形成C5转化酶 三条补体激活途径 海洋无脊椎动物的凝集素 鲎（horseshoe crab）试剂：识别G- 细菌细胞 壁LPS中的2-酮-3-脱氧辛酮酸（KDO），因此 作为内毒素的检测试剂。 用蓝色鲎血制成试剂，再滴入用蓝色鲎血制成试剂，再滴入 注射液，若试剂立即凝固或变色，注射液，若试剂立即凝固或变色， 就说明注射液内含有使人发热、休就说明注射液内含有使人发热、休 克甚至死亡的细菌内毒素。克甚至死亡的细菌内毒素。 海洋无脊椎动物凝集素的生理 功能 在免疫反应中可作为识别因子与外来异物结合或覆盖在异物表 面使其失去进一步感染寄主的能力。调理素（opsonin）。 无脊椎水产动物的养殖中可作为饵料添加剂增加免疫力。无脊椎水产动物的养殖中可作为饵料添加剂增加免疫力。 Galectin 1994年命名。具有Gal结合活性，并具相同的CRD。 早期称S-型，因为可溶合和需巯基乙醇维持活性； 首先从电鳗中发现具有Gal抑制的血凝活性物质； 有细胞质蛋白的许多特点：如无二硫桥、活性不依赖 金属离子、无信号序列、N-端常被乙酰化等； 定位多样，可在胞质、核内、细胞表面及间质 在各物种中存在极为广泛，功能涉及发育、分化、形 态发生、凋亡、肿瘤转移、RNA剪接等 P-type lectin 含义：Man-6-P受体(MRP) 溶酶体酶转运标识分子M-6-P的发现 I-细胞疾病(p117) 标记结构的确定 M-6-P标记合成过程及有关酶 GlcNAc-P-转移酶 磷酸二酯水解酶 M-6-P受体 类型与分布 转运方式 p116118p116118 两种M-6-P受体比较 CI-MRPCD-MRP 亚基分子量250300KDa45KDa 域结构15个重复单元 1个155aa的重复 单元 天然聚合状态单体二体或四体 结合对阳离子 的依赖 不依赖阳离子Mn2+Mg2+=Ca2+ 与配体的亲和 力 210-9mol/L210-7mol/L Structure of the Structure of the bovine MPR with bovine MPR with M-6-P: red, M-6-P: red, predominantly predominantly negative charge; negative charge; blue, blue, predominantly predominantly positive charge. positive charge. M-6-P is shown M-6-P is shown as a stick as a stick structure ; a structure ; a manganese ion is manganese ion is shown in green. shown in green. 1)1) M-6-P is hydrogen-bonded to Arg111 and coordinated with M-6-P is hydrogen-bonded to Arg111 and coordinated with the manganese ion.the manganese ion. 2)2) The His105 hydrogen-bonded to a phosphate oxygen of M-The His105 hydrogen-bonded to a phosphate oxygen of M- 6-P may be the residue that, when 6-P may be the residue that, when protonatedprotonated at low pH, at low pH, causes the receptor to release M-6-P into the causes the receptor to release M-6-P into the lysosomelysosome. . I-type lectins 免疫球蛋白超家族成员 Siglec（Sialic acid/immuno globulin superfamily/ lectin，Siglec） 其他I-型凝集素 The interaction The interaction of Siglec-1 and of Siglec-1 and sialicsialic acid- acid- containing containing oligosaccharidesoligosaccharides 1)1) The acetyl group at The acetyl group at C-5 undergoes both C-5 undergoes both hydrogen-bond and hydrogen-bond and van van derder Waals Waals interactions with interactions with the protein;the protein; 2)2) The carboxyl group The carboxyl group makes a salt makes a salt brigebrige with Arg97; with Arg97; 3)3) The hydroxyls of The hydroxyls of the the glyceroglycero moiety moiety hydrogen-bon with hydrogen-bon with the protein.the protein. 钙连蛋白和钙网蛋白 钙连蛋白(calnexin)和钙网蛋白(calreticulin)：同源性的定 位于内质网的分子伴侣，帮助糖蛋白在内质网上折叠。 识别糖基：新生肽链上单葡萄糖基末端 作用方式：calnexin/calreticulin cycle 动物凝集素功能小结(1) 与糖蛋白的分拣(sorting)投送(trafficking)有关 (p111) 钙连蛋白与钙网蛋白 P-type Lectin 去唾液酸糖蛋白受体（Asialoglycoprotein r