Wir danken L. D. Nguyen für das Manuskript Korrektur und für fruchtbare Diskussionen. Darüber hinaus danken wir J. Dernedde und H. G. Nguyen für uns bereitet dem Videodreh helfen. Die meisten Szenen des Videos wurden in den Labors von R. Tauber erschossen. Wir danken auch das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, und uns freien Zugang zu ihren Massenspektrometrie-Anlage. RH wurde von der DFG (ProMoAge) unterstützt.

1. Vorbereitung der Puffer und Reagenzien
<ol><li>
Vorbereitung von 3 mM Natrium метоксида Lösung
	<ol>
<li>8,1 mg Natrium метоксида in 50 mL Methanol (3 mM) in einer 100 mL-Glasflasche mit Stir Bar auflösen. Lagerung bei Raumtemperatur (RT) für mehrere Wochen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung der Tris-HCl-Puffer
	<ol>
<li>8,766 g NaCl, 157 mg Tris-HCl und 146 mg EDTA in einer 100 mL-Glasflasche mit Stir Bar zu kombinieren und in 80 mL Wasser auflösen.</li>
		<li>Die bewegende Lösung unter Beachtung des pH-Wertes mit einem pH-Meter von Natriumhydroxid (1 M, in Wasser) oder HCl (20 % in Wasser) hinzu, und stellen Sie den pH-Wert auf 8.0.</li>
		<li>Fügen Sie das Volumen des Wassers benötigt, um ein finales Volumen von 100 mL zu erreichen. Filtern Sie die Lösung mit einem 0,22 µm Sterilfilter System. Hinweis: 100 mL Tris-HCl-Puffer enthält 150 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl und 5 mM EDTA (pH 8,0). Die Lösung kann für mehrere Wochen bei 4 ° C aufbewahrt werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung der Aprotinin-Lösung
	<ol>
<li>10 mg Aprotinin in 1 mL Wasser (1,54 mM) auflösen. Aliquot der Aprotinin-Lösung in 10 x 1,5 mL-Kunststoff-Rohre (100 µL). Bei-20 ° C für mehrere Wochen aufbewahren.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung der Leupeptin Lösung
	<ol>
<li>Lösen Sie 10 mg Leupeptin in 2 mL Wasser (10 mM). Aliquoten Leupeptin Lösung 10 x 1,5 mL-Kunststoff-Rohre. Bei-20 ° C für mehrere Wochen aufbewahren.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung der Phenylmethylsulfonyl Fluorid (PMSF) Lösung
	<ol>
<li>Auflösen von 34,8 mg PMSF in 2 mL Ethanol (100 mM). Aliquoten PMSF Lösung in 10 x 1,5 mL-Kunststoff-Rohre. Bei-20 ° C für mehrere Wochen aufbewahren.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Herstellung von 1,2-Diamino-4,5-Methyldioxybenzol-Dihydrochloride (DMB) Lösung
	<ol>
<li>Kombinieren Sie 15,62 mg DMB, 352 µL β-Mercaptoethanol und 48 µL Natrium Bisulfit-Lösung (39 %) und 9,6 mL Wasser (6,9 mM DMB, 500 mM β-Mercaptoethanol und 0,19 % Natrium Bisulfit). Aliquoten die DMB-Lösung in 40 x 1,5 mL-Kunststoff-Rohre (250 µL). Shop für mehrere Wochen lichtgeschützt bei-20 ° C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung der Lösung 1 M Trifluoroacetic Säure (TFA)
	<ol>
<li>Fügen Sie 770.3 µL 100 % TFA in 9,23 mL Wasser in ein Kunststoffrohr 15 mL (1 M). Seit einigen Wochen bei 4 ° C lagern.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung von 120 mM TFA Lösung
	<ol>
<li>9,91 mL Wasser (120 mM) in 15 mL Kunststoffhülse 92,4 µL TFA (100 %) hinzufügen. Seit einigen Wochen bei 4 ° C lagern.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung von 400 mM (NaOH) Natronlauge
	<ol>
<li>160 mg NaOH in 10 mL Wasser (400 mM) in einem 15 mL Kunststoff Rohr zu lösen. Seit einigen Wochen bei 4 ° C lagern.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung der Western-Blot-Lyse-Puffer
	<ol>
<li>Lösen Sie 5,84 g NaCl, 0,1 g Tris (Hydroxymethyl)-Aminomethan (Tris), 0,1 g CaCl2, 0,95 g MgCl2und 1 g Triton-X100 in 100 mL Wasser und den pH-Wert 7,8 einstellen. Shop bei 4 ° C. Fügen Sie 100 µL jeder Protease-Inhibitor (Aprotinin, Leupeptin und PMSF) vor der Verwendung des Lyse-Puffers.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung von Sodium Dodecyl Sulfat Polyacrylamid-Gel-Elektrophorese (SDS-PAGE) Puffer
	<ol>
<li>0,3 g Tris, 1,5 g Glycin und 0,1 g SDS in 100 mL Wasser auflösen und den pH-Wert 7,3 einstellen. Shop bei RT</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung der Western-Blot-Puffer
	<ol>
<li>0,3 g Tris, 1,1 g Glycin in 90 mL Wasser auflösen und 10 mL Ethanol hinzufügen. Shop bei RT</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Vorbereitung der Lösung blockieren
	<ol>
<li>Lösen Sie 1 g Fett Milch macht in 25 mL Phosphat gepufferte Kochsalzlösung (PBS). Immer frisch zubereiten.</li>
	</ol>
</li>
</ol>(2) Synthese von ManNProp und damit verbundenen N-Acyl-Mannosamines geändert
<ol><li>431,2 mg Mannosamine Hydrochlorid in 10 mL 3 mM Natrium метоксида Lösung in einer 50 mL-Glasflasche mit Stir Bar zu lösen.</li>
	<li>Abkühlen der Mischung auf Eis, 0 ° C. Der mitreißende Projektmappe fügen Sie langsam tropfenweise 210 µL Propionyl Chlorid (2,4 Mmol) oder 248 µL-Butanoyl-Chlorid (2,4 Mmol), ManNProp oder ManNBut, bzw. zu synthetisieren hinzu. Inkubieren Sie die mitreißende Mischung bei 0 ° C für 4 h.</li>
	<li>Übertragen Sie die Lösung in ein 50 mL-Kunststoff-Rohr. Stechen Sie 4-8 Löcher in den Deckel des Kunststoffrohres mit einer dünnen Nadel. Schnell die Lösung mit Flüssigstickstoff Einfrieren und später lyophilize (Einfrieren trocken) für 48 h oder bis es vollständig getrocknet ist.</li>
	<li>Mischen Sie 350 g Kieselgel 60 mit 750 mL Ethyl-Acetat/Methanol/Wasser (15:2:1) (Dies ist eine Suspension). Füllen Sie eine Glassäule (35 mm Durchmesser und 70 cm Länge) mit Kieselgel 60 Federung und waschen Sie die vorbereitete Spalte mit einem zusätzlichen 100 mL Ethyl-Acetat/Methanol/Wasser (15:2:1) vor Gebrauch.</li>
	<li>Die Trockenprodukte aus Schritt 2.3 auflösen (5 g getrocknete Produkt) in 10 mL Ethyl-Acetat/Methanol/Wasser (15:2:1) und laden Sie sie mit einer Pipette auf die Silica gel-Spalte. Sammeln Sie 4 mL Fraktionen nach 500 mL (für ManNProp). Hinweis: ManNBut wird aus der Spalte nach etwa 700 mL eluieren.</li>
	<li>Übertragen Sie der eluierten Brüche in 15 mL-Kunststoff-Rohre. Stechen Sie 3-6 Löcher in den Deckel des Kunststoffrohres mit einer dünnen Nadel. Rapid die Lösung mit flüssigem Stickstoff eingefroren und anschließend lyophilize, bis es vollständig getrocknet ist. Hinweis: Die gefriergetrockneten Produkte können für mehrere Monate bei RT gelagert werden</li>
	<li>Überprüfen Sie die Reinheit der Produkte durch Massenspektrometrie (siehe Abschnitt 9). Hinweis: Alternativ kann Reinheit auch um 1H Kernspinresonanz (NMR) überprüft werden.</li>
</ol>3. die Zellkultur
<ol><li>Kultur-Kelly-Neuroblastom-Zellen in Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 10 % fötalen Rinderserum, 100 U Penicillin, 100 mg Streptomycin, 2 mM L-Glutamin mit 5 mM ManNAc, 5 mM ManNProp oder 5 mM ManNBut, bei 37 ° C und 5 % CO2-haltigem Medium. Hinweis: Zellen kultiviert in Medium ohne ManNAc oder seine Analoga sind als Kontrolle verwendet.</li>
	<li>
Vor der Anwendung von der Mannosamines die Kelly-Neuroblastom-Zellen durch Inkubation sie für 10 min mit Trypsin/EDTA (0,25 %, 0,02 %, mit PBS-Puffer) abnehmen und Neubauer-Kammer oder Zelle Zähler zählen. Samen der Zellen auf definierten Zahlen basierend auf der Größe der Platte/Schale.
	<ol>
<li>Zur Messung der Sialinsäure Säure Monosaccharide Samen Sie 1 x 105 Zellen in 500 µL Medium in einer Gewebekultur 48-Well-Platte. Samen Sie für die Analyse der Polysialic Säuren 1 x 106 Zellen in 3 mL Medium auf einem 6 cm Durchmesser Zelle Kulturschale. Inkubation bei 37 ° C und 5 % CO2. Ersetzen Sie das Medium alle 24 h. Hinweis: Die Wirkung von MGE steigt mit der Gesamtzeit der Behandlung. Für hohe Stoffwechseleffizienz behandeln Sie die Zellen für 5-7 Tage.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Nach der Behandlung Dekantieren des Mediums. Waschen Sie die Platten/Geschirr mit PBS. Lösen Sie die Zellen, indem Inkubation sie für 10 min mit Trypsin/EDTA (0,25 %, 0,02 %, mit PBS-Puffer). Die Trypsin zu neutralisieren, indem die freistehenden Zellen die gleiche Menge an Zellkulturmedium hinzufügen. Übertragen Sie die freistehenden Zellen in 15 mL-Kunststoff-Rohre. Zentrifugieren Sie Proben für 3 min bei 500 X g und verwerfen Sie den überstand.
	<ol>
<li>Fügen Sie 5 mL PBS und Zentrifuge Zellen (siehe Punkt 3.3 hinzu). Wiederholen Sie den Waschvorgang zwei weitere Male. Hinweis: Das gewaschene Zelle Pellet ohne Überstand kann bei-20 ° C für mehrere Tage gespeichert werden. Wenn der Ausdruck der Polysialic Säure ist geklärt werden weiter zum Abschnitt 10.</li>
	</ol>
</li>
</ol>(4) Zell-Lyse für HPLC-Analytik
<ol><li>
Vorbereitung der HPLC-Lyse-Puffer
	<ol>
<li>Kombinieren Sie 5 mL Tris-HCl-Puffer, 5 µL Aprotinin Lösung, 20 µL Leupeptin Lösung und 50 µL PMSF Lösung. Hinweis: enthält 5 mL HPLC Lysis Puffer 150 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl, 5 mM EDTA, 1,54 µM Aprotinin 40 µM Leupeptin, und 1 mM PMSF (pH 8,0). Dieser Puffer sollte immer vor der Zelle Lysis frisch zubereitet werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Neu die gesammelten Zelle Pellets (Schritt 3.3) jeder in 500 µL eiskalte HPLC Lyse-Puffer, und Ultra-beschallen die Proben mit einer Ultraschall-Prozessor Nadel dreimal für einen Zeitraum von 30 s bei mittleren bis hohen Amplituden. Kühlen Sie die Proben auf Eis für mindestens 1 Minute zwischen den Zyklen.</li>
</ol>5. Trennung der Membran-Fraktion
<ol><li>Zentrifugieren der lysierten Zellproben für 2 h bei 20.000 x g und 4 ° C. Den überstand (ca. 480 µL), Vertretung cytosolischen Proteine in 1,5 mL-Kunststoff-Rohre zu trennen. Bestimmen Sie die Proteinkonzentration dieser Fraktionen verwenden, z. B.der Bradford oder der Bicinchoninic Säure (BCA) Test. Hinweis: Die Konzentration des Proteins (ca. 1 mg/mL) der cytosolischen Fraktionen kann die gemessenen Mengen der Gattung angesehenen Sialinsäure Säure später verwandt. Das Pellet Bruchteil der Membran, die in Schritt 6.1 verwendet wird.</li>
</ol>6. saure Hydrolyse
Hinweis: Oligo- und Polysaccharide in den Zellmembranen zu Monosacchariden hydrolysiert. Weitere, mögliche O-Änderungen in den Monosacchariden hydrolysiert, sowie. Dies ist notwendig für quantitative HPLC-Analytik, da die überwältigende Mehrheit der Sialinsäure Säuren in den Membran-Fraktionen natürlich in Glykokonjugate fließen und möglicherweise zu O tragen könnten-Acetyl oder O- Lactolyl Änderungen.
<ol><li>Fügen Sie 150 µL 1 M TFA-Lösung für die getrennte Membrane Brüche (Pellet aus Abschnitt 5). Inkubieren Sie die Proben für 4 h bei 80 ° C mit Schütteln bei 200-600 u/min.</li>
	<li>Zentrifugieren Sie Proben für ca. 30 min bei 20.000 x g und 21 ° C mit 0,5 mL Filterschläuche mit 3 kDa Ausgrenzung Membranen, bis die obere Phase weniger als 20 µL beträgt. Hinweis: Dieser Schritt ist wichtig, höher molekulare Schutt entsorgen.</li>
	<li>Die untere Phase enthält kleinere Moleküle, einschließlich der Sialinsäure Säure-Arten in 2 mL-Kunststoff-Rohre zu übertragen. Stechen Sie 2-4 Löcher in das Kappen der Kunststoffrohre mit einer dünnen Nadel. Rapid der Proben mit flüssigem Stickstoff eingefroren und dann lyophilize sie über Nacht. Hinweis: Die getrockneten Proben können über mehrere Tage bei RT ersetzen eine Kappe ohne Löcher für eine längere Lagerung gelagert werden.</li>
</ol>(7) fluoreszierende Kennzeichnung
<ol><li>Erneut die getrockneten Proben in 10 µL 120 mM TFA Lösung auszusetzen und 50 µL DMB Lösung hinzufügen. Proben in dunklen 1,5 mL Röhrchen zum Schutz vor UV-Licht zu übertragen.</li>
	<li>Normen, lösen sich in 1 µL Neu5Ac (60 ng/mL, in Wasser) oder 1 µL Neu5Gc (60 ng/mL, in Wasser) in 10 µL 120 mM TFA Lösung in dunklen 1,5 mL-Tuben. 50 µL DMB Lösung hinzufügen.</li>
	<li>Brüten die Zellmembran Proben und die Standards für 1,5 h bei 56 ° C, vor Licht geschützt. Fügen Sie nach der Inkubation 4 µL 400 mM NaOH Lösung jede Probe, die Kennzeichnung Reaktion zu stoppen hinzu.</li>
</ol>(8) HPLC-Analytik
Hinweis: Markierte Proben werden analysiert, auf einem HPLC-System, ausgestattet mit einer RP C18-Säule (110 Å, 3 µm Partikelgröße, 4.6 x 150 mm), ein Fluoreszenz-Detektor und Fraktionssammler. Die verwendeten Lösungsmittel sind Methanol, Acetonitril und Wasser. Stellen Sie sicher, alle Lösungsmittel vor den Messungen, Entgasen, fehlt der HPLC-Anlage eine interne Degasser.
<ol><li>Die Temperatur der Spalte auf 40 ° C einstellen und konfigurieren den Fluoreszenz-Detektor mit 373 nm für Anregung und 448 nm bei Emission, beziehungsweise. Injizieren Sie 10 µL Probenvolumen zu und trennen Sie die Sonden für 50 min bei 0,5 mL/min Durchflussmenge mit Methanol-Acetonitril/Wasser (6:8:86) als der Eluent. Für die Massenspektrometrie Analyse sammeln Sie die Gipfel von Interesse. Hinweis: Neu5Gc Eluat nach 6-8 min, Neu5Ac nach 9-12 min, Neu5Prop nach 17-23 min und Neu5But nach 38-44 min erwartet. Die fraktionierten Proben können mehrere Stunden bei 4 ° C, vor Licht geschützt gelagert werden.</li>
	<li>Nach jeder Probe wird gemessen, die Spalte für 7,5 min. bei 1,0 mL/min Durchflussmenge (≈ 1,5 Spalte Bände) mit Methanol-Acetonitril/Wasser (6:25:69) waschen und wieder equilibrate das System für 7,5 min bei 1,0 mL/min Durchflussmenge mit Methanol-Acetonitril/Wasser (6:8:86).</li>
	<li>Berechnen Sie für die Quantitative Analyse die Fläche unter der Kurve der Sialinsäure Säure-Gipfel mit der Betriebssoftware der jeweiligen HPLC-System22. Hinweis: Gewonnene Daten können die Neu5Ac oder den Neu5Gc-Standard und die gemessenen Proteinkonzentrationen in den cytosolischen Fraktionen (siehe Abschnitt 5.1) bezogen werden.</li>
</ol>9. Massenspektrometrie Analyse der Sialinsäure Säure Monosaccharide
Hinweis: HPLC Retention Spitzen von Interesse können weitere massenspektrometrisch Flüssigchromatographie (LC) Elektrospray-Ionisation (ESI-MS), analysiert werden um zu überprüfen, die unnatürliche Sialinsäure Säure-Arten.
<ol><li>Injizieren Sie für die Massenspektrometrie Analyse 20 µL gesammelten Probe in ein LC/Mass selektive Detektor (MSD) System mit 79,9 % Methanol, 20 % Isopropyl-Alkohol und 0,1 % Ameisensäure als Laufmittel, 0,5 mL/min Durchflussmenge, 4 kV Kapillare Spannung und Kapillare Temperatur 350 ° C 22 , 23.</li>
	<li>Wählen Sie in der Auswertungs-Software des jeweiligen LC/MSD-Systems den Gipfel des Interesses an der gesamten Ion Chromatogramm. Das Massenspektrum des gelöst Peak anzeigen Das positive Masse/Ladung-Verhältnis zwischen 300 und 700 anzeigen Hinweis: DMB Kennzeichnung von Sialinsäure Säuren führt zu einem Anstieg der Molekülmasse von 116,2 g/Mol. Die DMB-Label Sialinsäure Säure-Arten haben die folgenden molekularen Massen: DMB-Neu5Ac = 424,2 g/Mol, DMB-Neu5Gc = 441.8 g/Mol, DMB-Neu5Prop = 436.2 g/Mol, DMB-Neu5But = 453,2 g/mol gemeinsamen Addukte sind Acetonitril, Natrium oder Isopropyl-Alkohol.</li>
</ol>10. Western-Blot Analyse der Polysialic Säure in Kelly Neuroblastom-Zellen
<ol><li>
Vorbereitung der Zelle lysates
	<ol>
<li>Fügen Sie 1 mL Western-Blot Lyse Puffer auf die Zelle Pellets aus Schritt 3.3 und Vortex. Inkubieren Sie für 30 min auf Eis. Vortex: alle 5 Minuten. Zentrifugieren Sie Proben für 1,5 h bei 20.000 x g und 4 ° C. Den Überstand enthält die Proteine aus lysierten Zellen zu sammeln.</li>
		<li>Die Konzentration des Proteins von der Protein-Fraktionen, z. B., der Bradford oder der BCA-Test zu bestimmen. Verdünnen Sie die Proben zu einer Proteinkonzentration von 1,5 µg/µL in Lyse Puffer.</li>
		<li>Die Proben für die SDS-PAGE durch Zugabe von 10 µL Laemmli Probenpuffer zu 90 µL Proteinfraktion (1,5 µg/µL) vorbereiten und Kochen der Probe für 5 min24.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Immunoblotting
	<ol>
<li>Verwenden Sie 8 % SDS-Acrylamid Gele mit 20-30 µL Taschen und 0,75 oder 1 mm Dicke. Führen Sie das Gel bei 25 mA für 2 h bei RT</li>
		<li>Entfernen Sie vorsichtig die Glasabdeckung aus dem Gel. Ausschneiden und den oberen Teil des Gels mit der Laden-Taschen zu verwerfen. Legen Sie das Gel auf eine Nitrocellulose-Membran (0,2 µm), zuvor eingeweicht in Western-Blot-Puffer. Übertragen Sie die Proteine auf Nitrozellulose entsprechend der Empfehlung des Systems (z. B. 250 mA für 1 h bei 4 ° C).</li>
		<li>Entfernen Sie die Nitrozellulose-Membran aus dem Blot System. Fleck Fleck mit Ponceau rot, die Proteine zu visualisieren. Übertragen der Nitrozellulose-Membran in eine Kunststoff-Kammer und 10 mL Lösung blockiert. 1 h bei RT inkubieren oder über Nacht bei 4 ° C.</li>
		<li>Dekantieren Sie die blockierende Lösung und fügen Sie monoklonalen Anti-PolySia 735 Antikörper (1 µg/mL) in PBS. Die Membran für 1 h bei RT inkubieren oder über Nacht bei 4 ° C. Waschen Sie nach der Inkubation der Membran mindestens drei Mal für 5 min mit PBS.</li>
		<li>Fügen Sie polyklonale Anti-Maus IgG Sekundärantikörper (1 µg/mL) mit Meerrettich-Peroxidase (HRP) oder eine fluoreszierende Label mit PBS-Puffer gekoppelt. Die Membran für 1 h bei RT inkubieren Waschen Sie nach der Inkubation der Membran mindestens drei Mal für 5 min mit PBS.</li>
		<li>Übertragen Sie die Membran auf einen Teller mit einem entsprechenden Imager. Erkennen Sie das Signal entsprechend den Anweisungen des Herstellers.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Wenn die chemisch synthetisierten ManNAc Derivate, ManNProp und ManNBut per Massenspektrometrie analysiert werden, sollten nur die richtigen Masse Gipfel für beide Proben ermittelt werden. Daher können die Produkte davon ausgegangen, dass eine Reinheit von über 99 %. Kleine Mengen von Neu5Gc, die normalerweise nicht in menschlichen Zellen29gefunden wird, werden in den Membran-Fraktionen der lysierten Zellen erkannt. Dies geschieht wahrscheinlich durch einen Unfall-Weg, der Neu5Gc vom fötalen R...

Sialinsäure Säure ist ein Monosaccharid, die in der Regel an die nicht-reduzierende Termini der Glykokonjugate, z. B. N- und O- Glykanen oder Glycolipide gefunden werden kann. Unter alle Monosaccharide hat Sialinsäure Säure einige einzigartigen chemische Eigenschaften. Es hat eine 9 C-Atom Rückgrat, eine carboxylic Gruppe in der c-1-Position, das deprotonierten und dadurch negativ geladenen unter physiologischen Bedingungen und eine amino-Funktion in der c-5-Position. Obwohl mehr als 50 natürlich vorkommenden Varianten der Sialinsäure Säure Datum1charakterisiert wurden, ist die vorherrschende Form der Sialinsäure Säure findet man bei Menschen N- Acetylneuraminic Säure (Neu5Ac). Andere Säugetiere express auch höhere Mengen von N- Glycolylneuraminic Säure (Neu5Gc)2,3.
Aufgrund seiner exponierten Lage in Glykokonjugate ist Sialinsäure Säure in einer Vielzahl von Rezeptor-Ligand-Interaktionen, z. B. die Hämagglutinin abhängige Bindung des Influenza-Virus zu Host Zellen4beteiligt. Ein Epitop Sialinsäure Säure mit wichtige biologische Funktionen, vor allem in der Embryogenese und im Nervensystem, ist Polysialic Säure. Polysialic Säure ist ein Polymer von bis zu 200 2,8 verknüpft Sialinsäure Alphasäuren. Der große Protein Träger der Polysialic Säure ist das neuronale Zelle Adhäsionsmolekül (NCAM). Polysialic Säure Ausdruck moduliert die Hafteigenschaft NCAM in diesem Polysialic Säure Ausdruck die Adhäsion verringert und erhöht die Plastizität mit dem Nervensystem-5.
Veränderungen in der Expression von (Poly) Sialinsäure Säure beeinflußt schließlich eine Vielzahl von verschiedenen biologischen Wechselwirkungen. Dies kann zur bekannten Sialinsäure Säure abhängigen Prozesse auf molekularer Ebene, um neuartige Glycoconjugate Interaktionen zu entdecken, oder erkunden mögliche therapeutische Ansätze zu studieren. Es gibt verschiedene Methoden zur Verfügung mit denen die Expression von Sialinsäure Säure auf der Zelloberfläche moduliert werden kann, z. B. Behandlung mit Sialinsäure Säure bestimmte Glycosidases (Sialidases), Hemmung der Enzyme bei der Sialinsäure Säure-Biosynthese6 ,7,8, oder umzuwerfen oder den Ausdruck des wichtigsten Enzyms der Sialinsäure Säure Biosynthese9ändern.
Eine weitere vielseitige Methode zu modulieren, Sialinsäure Säure Ausdruck ist MGE (auch bekannt als metabolische Oligosaccharid Engineering, MOE). Hierin werden Zellen, Gewebe oder sogar Tiere mit nicht-natürliche Derivate des ManNAc behandelt, die C2-amino Modifikationen zu tragen. Als Vorläufer-Moleküle für Sialinsäure Säure nach zelluläre Aufnahme, diese ManNAc-Analoga sind unidirektionale metabolisiert, naturfremde Sialinsäure Säuren und auf Sialylated Glykokonjugate ausgedrückt werden können. Zellen mit ManNAc Derivate mit aliphatischen C2-Änderungen, wie z. B. ManNProp oder ManNBut, integrieren, N- Propionylneuraminic Säure (Neu5Prop) oder N- Butanoylneuraminic Säure (Neu5But) in ihrer Glykokonjugate10 behandelt , 11. mithilfe von funktionellen Gruppen in der C2-Position des ManNAc eingeführt, die auftretenden naturfremde Sialinsäure Säuren koppelbar, z. B. über die Staudinger Ligation oder Azid Alkin Cycloaddition, mit Fluoreszenz-Farbstoffen und daher auf der Zelle Oberfläche12visualisiert.
Der Ausdruck dieser naturfremde Sialinsäure Säuren hat faszinierende Wirkung auf viele biologische Prozesse, einschließlich Erreger Infektionen, die Adhäsion und Migration von Tumorzellen, allgemeine Zelladhäsion, sowie Vaskularisierung und Differenzierung (zur Überarbeitung siehe: Wratil Et Al. 13). Interessanterweise MGE mit N-Acyl geändert Mannosamines kann auch verwendet werden, mit dem Ausdruck der Polysialic Säure zu stören. Polysialic Säure wird durch zwei verschiedene Polysialyltransferases (ST8SiaII und ST8SiaIV) erzeugt. Es wurde nachgewiesen, dass Polysialyltransferase ST8SiaII durch unnatürliche Sialinsäure Säure Vorläufer, z. B. ManNProp oder ManNBut14,15gehemmt wird. Darüber hinaus wurde in menschlichen Neuroblastoma Zellen nachgewiesen, dass ManNProp oder ManNBut Anwendung auch Sialylation in insgesamt15reduziert.
MGE mit N-Acyl geändert Mannosamines ist eine einfach anzuwendende Methode, die erfolgreich, nicht nur in Säugetieren und Zellkultur Bakterien sondern auch im gesamten Tiere verschiedener Arten, wie Caenorhabditis Elegans16 eingesetzt wurden, Zebrafisch17oder Mäuse18,19,20,21. Vor allem ManNAc Derivate mit aliphatischen Änderungen, einschließlich ManNProp und ManNBut, sind geringfügig zytotoxische, auch bei millimolaren Konzentrationen im Zellkulturmedium oder Blutplasma. Darüber hinaus sind sie relativ leicht zu synthetisieren.
Hier bieten wir Informationen zur Verwendung von MGE mit N-Acetyl geändert Mannosamines. Zunächst ist die chemische Synthese von zwei der am häufigsten verwendete ManNAc-Derivate in diesem Bereich, ManNProp und ManNBut, erläutert. Als Nächstes zeigen wir, wie MGE in einem in-Vivo -Experiment angewendet werden kann. Als Beispiel der Neuroblastom-Zelllinie Kelly wurde gewählt, um verminderte Expression von Polysialic Epitop demonstrieren durch Western blot nach der Behandlung mit den ManNAc-Derivaten. Die naturfremde Sialinsäure Säuren auf der Zelloberfläche wurden mittels HPLC quantifiziert und weiter per Massenspektrometrie analysiert.

<table><tbody><tr><td>Cells</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>92110411</td><td></td></tr><tr><td>RPMI medium</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>R8758</td><td></td></tr><tr><td>75 ml tissue culture flasks</td><td>Greiner</td><td>690175</td><td></td></tr><tr><td>48-well plates</td><td>Corning</td><td>3548</td><td></td></tr><tr><td>FCS</td><td>PAA</td><td>A15-102</td><td></td></tr><tr><td>Pen/Strep</td><td>Gibco</td><td>15140-122</td><td></td></tr><tr><td>Trypsine</td><td>Gibco</td><td>15400-054</td><td></td></tr><tr><td>EDTA</td><td>Roth</td><td>X986.1</td><td></td></tr><tr><td>Tris</td><td>Serva</td><td>37190.03</td><td></td></tr><tr><td>SDS</td><td>Roth</td><td>2326.2</td><td></td></tr><tr><td>SDS-PAGE equipment (tanks, glassware etc., machine</td><td>VWR</td><td>SDS Gel/Blot</td><td></td></tr><tr><td>Acrylamide</td><td>Roth</td><td>3019.1</td><td></td></tr><tr><td>Protein ladder</td><td>Fisher Scientific</td><td>267620</td><td></td></tr><tr><td>Nitrocellulose</td><td>GE Healthcare</td><td>10600002</td><td></td></tr><tr><td>Ponceau red</td><td>Roth</td><td>5938.2</td><td></td></tr><tr><td>Milk powder</td><td>Roth</td><td>T145.3</td><td></td></tr><tr><td>ECL</td><td>Millipore</td><td>WBLUF 0500</td><td></td></tr><tr><td>0.5 ml Centrifugal Filter Unit with 3 kDa membrane</td><td>Merck-Millipore</td><td>UFC500324</td><td></td></tr><tr><td>15 mL centrifuge tubes</td><td>Sigma-Aldrich (Corning)</td><td>CLS430791-500EA</td><td></td></tr><tr><td>2-Mercaptoethanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M6250-10ML</td><td></td></tr><tr><td>2-Propanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>34965-1L</td><td>HPLC gradient grade</td></tr><tr><td>4,5-Methylenedioxy-1,2-phenylenediamine dihydrochloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D4784-50MG</td><td></td></tr><tr><td>48 well, flat bottom tissue culture plate</td><td>Sigma-Aldrich (Corning)</td><td>CLS3548-100EA</td><td></td></tr><tr><td>50 mL centrifuge tubes</td><td>Sigma-Aldrich (Corning)</td><td>CLS430829-500EA</td><td></td></tr><tr><td>Acetonitrile</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>34967-1L</td><td>HPLC gradient grade</td></tr><tr><td>Aprotinin from bovine lung</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A1153-10MG</td><td>lyophilized powder, 3-8 TIU/mg solid</td></tr><tr><td>Butyryl chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>109614-250G</td><td></td></tr><tr><td>C18 RP column</td><td>Phenomenex</td><td>00F-4435-E0</td><td>110 &amp;Aring;, 3 &amp;micro;m particle size, 4.6 x 150 mm</td></tr><tr><td>D-Mannosamine hydrochloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M4670-1G</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco`s Phosphate Buffered Salt Solution</td><td>PAN Biotech</td><td>P04-36500</td><td></td></tr><tr><td>Ethylenediaminetetraacetic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>E9884-100G</td><td></td></tr><tr><td>Formic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>56302-50ML-GL</td><td></td></tr><tr><td>Hydrochloric acid solution</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H1758-100ML</td><td>36.5-38.0%, in water</td></tr><tr><td>Leupeptin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L2884-10MG</td><td></td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Carl-Roth</td><td>T169.2</td><td>HPLC gradient grade</td></tr><tr><td>N-Acetyl-D-mannosamine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A8176-250MG</td><td></td></tr><tr><td>N-Acetylneuraminic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A0812-25MG</td><td></td></tr><tr><td>N-Glycolylneuraminic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G9793-10MG</td><td></td></tr><tr><td>Phenylmethanesulfonyl fluoride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P7626-250MG</td><td></td></tr><tr><td>Propionyl chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P51559-500G</td><td></td></tr><tr><td>Safe-Lock Tubes, 1.5 mL, amber (light protection)</td><td>Eppendorf</td><td>30120191</td><td></td></tr><tr><td>Safe-Lock Tubes, 1.5 mL, colorless</td><td>Eppendorf</td><td>30120086</td><td></td></tr><tr><td>Sodium bisulfite solution</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13438-1L-R-D</td><td>40%, in water</td></tr><tr><td>Sodium chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>746398-500G-D</td><td></td></tr><tr><td>Sodium hydroxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>795429-500G-D</td><td></td></tr><tr><td>Sodium hydroxide solution</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>319511-500ML</td><td>1.0 M, in water</td></tr><tr><td>Sodium methoxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>164992-5G</td><td></td></tr><tr><td>Trifluoroacetic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T6508-100ML-D</td><td></td></tr><tr><td>Tris hydrochloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T5941-100G</td><td></td></tr><tr><td>Trypsin 0.25 %/EDTA 0.02 % in PBS</td><td>PAN Biotech</td><td>P10-019100</td><td></td></tr><tr><td>Water</td><td>Carl-Roth</td><td>T905.1</td><td>HPLC gradient grade</td></tr><tr><td>Silica Gel 60</td><td>Carl-Roth</td><td>9779.1</td><td></td></tr><tr><td>HPLC</td><td>Agilent</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ESI-MSD-System</td><td>Agilent</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

metabolic glycoengineering of sialic acid using n-acyl-modified mannosamines

Sialinsäure Säure (Sia) ist ein sehr wichtiger Bestandteil des Glykokonjugate, wie N- O- Glykanen und Glycolipide. Wegen seiner Lage am Termini-Reduzierung von Oligo- und Polysaccharide, sowie seine einzigartigen chemischen Eigenschaften ist Sialinsäure Säure in einer Vielzahl von unterschiedlichen Rezeptor-Ligand-Interaktionen beteiligt. Durch Ändern des Ausdrucks der Sialinsäure Säure auf der Zelloberfläche, werden folglich Sialinsäure Säure-abhängige Interaktionen beeinflusst werden. Dies kann hilfreich sein, Sialinsäure Säure-abhängige Interaktionen zu untersuchen und hat das Potenzial, bestimmte Krankheiten in eine positive Weise zu beeinflussen. Über metabolische Glykan (MGE) kann der Ausdruck der Sialinsäure Säure auf der Zelloberfläche moduliert werden. Hierin werden Zellen, Gewebe oder sogar ganze Tiere mit C2-modifizierte Derivate von N- Acetylmannosamine (ManNAc) behandelt. Diese Aminozucker sind fungieren als Sialinsäure-Vorläufer Moleküle und daher zu den entsprechenden Sialinsäure Säure Arten verstoffwechselt und über Glykokonjugate zum Ausdruck gebracht. Anwendung dieser Methode produziert faszinierende Effekte auf verschiedene biologische Prozesse. Z.B. es kann drastisch reduziert die Expression von Polysialic Säure (PolySia) im behandelten neuronalen Zellen und wirkt sich somit auf neuronale Wachstum und Differenzierung. Hier zeigen wir die chemische Synthese von zwei der am häufigsten verwendeten C2-modifizierten N- Acylmannosamine Derivate, N- Propionylmannosamine (ManNProp) sowie N- Butanoylmannosamine (ManNBut), und weiter zeigen, wie diese nicht-natürliche Aminozucker können in Kultur Zellexperimente angewendet werden. Der Ausdruck veränderter Sialinsäure Säure Arten durch Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) quantifiziert und weiter per Massenspektrometrie analysiert. Die Auswirkungen auf die Polysialic Säure Ausdruck sind über Western-Blot mit einem im Handel erhältlichen Polysialic Säure Antikörper aufgeklärt.

HPLC-Chromatogramme von Leuchtstofflampen, die mit der Bezeichnung Neu5Ac und die Neu5Gc-Standards sind in Abbildung 2dargestellt. Verwendung der hierin beschriebenen Methode elutes DMB-Label Neu5Gc in der Regel zwischen 7-9 min Elution Zeit und DMB-Neu5Ac zwischen 10-12 min. Einige kleinere Gipfel in das Chromatogramm erscheinen in der Regel zwischen 2-6 min. Diese Spitzen sind nicht umgesetztes DMB und Reaktion Zwischenprodukte25.</p...

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Metabolic Glycoengineering of Sialic Acid Using N-acyl-modified Mannosamines

Sialinsäure Säure ist eine typische Monosaccharid-Einheit in Glykokonjugate gefunden. Es ist in einer Vielzahl von molekularen und zellulären Interaktionen beteiligt. Hier präsentieren wir eine Methode zur Zelle Oberfläche Sialinsäure Säure Ausdruck mit metabolischen Glykan mit N- Acetylmannosamine Derivate zu ändern.

Metabolische Glykan der Sialinsäure Säure mit N-Acyl-Mannosamines geändert

Sialic acid (Sia) is a highly important constituent of glycoconjugates, such as N- and O-glycans or glycolipids. Due to its position at the non-reducing ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

Metabolic Glycoengineering of Sialic Acid Using N-acyl-modified Mannosamines

12.6K Aufrufe.  LMU München. Sialinsäure Säure ist eine typische Monosaccharid-Einheit in Glykokonjugate gefunden. Es ist in einer Vielzahl von molekularen und zellulären Interaktionen beteiligt. Hier präsentieren wir eine Methode zur Zelle Oberfläche Sialinsäure Säure Ausdruck mit metabolischen Glykan mit N- Acetylmannosamine Derivate zu ändern.

Serie: Metabolic Glycoengineering of Sialic Acid Using N-acyl-modified Mannosamines

High-throughput Synthesis of Carbohydrates and Functionalization of Polyanhydride Nanoparticles

Transdisciplinary approaches involving areas such as material design, nanotechnology, chemistry, and immunology have to be utilized to rationally design efficacious vaccines carriers. Nanoparticle-based platforms can prolong the persistence of vaccine antigens, which could improve vaccine immunogenicity1. Several biodegradable polymers have been studied as vaccine delivery vehicles1; in particular, polyanhydride particles have demonstrated the ability to provide sustained release of stable protein antigens and to activate antigen presenting cells and modulate immune responses2-12.
The molecular design of these vaccine carriers needs to integrate the rational selection of polymer properties as well as the incorporation of appropriate targeting agents. High throughput automated fabrication of targeting ligands and functionalized particles is a powerful tool that will enhance the ability to study a wide range of properties and will lead to the design of reproducible vaccine delivery devices.
The addition of targeting ligands capable of being recognized by specific receptors on immune cells has been shown to modulate and tailor immune responses10,11,13 C-type lectin receptors (CLRs) are pattern recognition receptors (PRRs) that recognize carbohydrates present on the surface of pathogens. The stimulation of immune cells via CLRs allows for enhanced internalization of antigen and subsequent presentation for further T cell activation14,15. Therefore, carbohydrate molecules play an important role in the study of immune responses; however, the use of these biomolecules often suffers from the lack of availability of structurally well-defined and pure carbohydrates. An automation platform based on iterative solution-phase reactions can enable rapid and controlled synthesis of these synthetically challenging molecules using significantly lower building block quantities than traditional solid-phase methods16,17.
Herein we report a protocol for the automated solution-phase synthesis of oligosaccharides such as mannose-based targeting ligands with fluorous solid-phase extraction for intermediate purification. After development of automated methods to make the carbohydrate-based targeting agent, we describe methods for their attachment on the surface of polyanhydride nanoparticles employing an automated robotic set up operated by LabVIEW as previously described10. Surface functionalization with carbohydrates has shown efficacy in targeting CLRs10,11 and increasing the throughput of the fabrication method to unearth the complexities associated with a multi-parametric system will be of great value (Figure 1a).

In this article, a high throughput method is presented for the synthesis of oligosaccharides and their attachment to the surface of polyanhydride nanoparticles for further use in targeting specific receptors on antigen presenting cells.

Hochdurchsatz-Synthese von Kohlenhydraten und Funktionalisierung von Nanopartikeln Polyanhydrid

Transdisciplinary approaches involving areas such as material design, nanotechnology, chemistry, and immunology have to be utilized to rationally design ...

Forschung

Biotechnik

Profiling Anti-Neu5Gc IgG in Human Sera with a Sialoglycan Microarray Assay

Cells are covered with a cloak of carbohydrate chains (glycans) that is commonly altered in cancer and that includes variations in sialic acid (Sia) expression. These are acidic sugars that have a 9-carbon backbone and that cap vertebrate glycans on cell surfaces. Two of the major Sia forms in mammals are N-acetylneuraminic acid (Neu5Ac) and its hydroxylated form, N-glycolylneuraminic acid (Neu5Gc). Humans cannot produce endogenous Neu5Gc due to the inactivation of the gene encoding cytidine 5&#39;monophosphate-Neu5Ac (CMP-Neu5Ac) hydroxylase (CMAH). Foreign Neu5Gc is acquired by human cells through the dietary consumption of red meat and dairy and subsequently appears on diverse glycans on the cell surface, accumulating mostly on carcinomas. Consequently, humans have circulating anti-Neu5Gc antibodies that play diverse roles in cancer and other chronic inflammation-mediated diseases and that are becoming potential diagnostic and therapeutic targets. Here, we describe a high-throughput sialoglycan microarray assay to assess such anti-Neu5Gc antibodies in the human sera. Neu5Gc-containing glycans and their matched pairs of controls (Neu5Ac-containing glycans), each with a core primary amine, are covalently linked to epoxy-coated glass slides. We exemplify the printing of 56 slides in a 16-well format using a specific nano-printer capable of generating up to 896 arrays per print. Each slide can be used to screen 16 different human sera samples for the evaluation of anti-Neu5Gc antibody specificity, intensity, and diversity. The protocol describes the complexity of this robust tool and provides a basic guideline for those aiming to investigate the response to Neu5Gc dietary carbohydrate antigen in diverse clinical samples in an array format.

A sialoglycan microarray assay can be used to evaluate anti-Neu5Gc antibodies in human sera, making it a potential high-throughput diagnostic assay for cancer and other chronic inflammation-mediated human diseases.

Profiling Anti-Neu5Gc IgG in menschlichen Seren mit einem Sialoglycan-Microarray-Assay

Cells are covered with a cloak of carbohydrate chains (glycans) that is commonly altered in cancer and that includes variations in sialic acid (Sia) ...

Verhalten

Chemo-enzymatic Synthesis of N-glycans for Array Development and HIV Antibody Profiling

We present a highly efficient way for the rapid preparation of a wide range of N-linked oligosaccharides (estimated to exceed 20,000 structures) that are commonly found on human glycoproteins. To achieve the desired structural diversity, the strategy began with the chemo-enzymatic synthesis of three kinds of oligosaccharyl fluoride modules, followed by their stepwise &#945;-selective glycosylations at the 3-O and 6-O positions of the mannose residue of the common core trisaccharide having a crucial &#946;-mannoside linkage. We further attached the N-glycans to the surface of an aluminum oxide-coated glass (ACG) slide to create a covalent mixed array for the analysis of hetero-ligand interaction with an HIV antibody. In particular, the binding behavior of a newly isolated HIV-1 broadly neutralizing antibody (bNAb), PG9, to the mixture of closely spaced Man5GlcNAc2 (Man5) and 2,6-di-sialylated bi-antennary complex type N-glycan (SCT) on an ACG array, opens a new avenue to guide the effective immunogen design for HIV vaccine development. In addition, our ACG array embodies a powerful tool to study other HIV antibodies for hetero-ligand binding behavior.

Chemo-enzymatic Synthesis of N-glycans for Array Development and HIV Antibody Profiling

A modular approach to the synthesis of N-glycans for attachment to an aluminum oxide-coated glass slide (ACG slide) as a glycan microarray has been developed and its use for the profiling of an HIV broadly neutralizing antibody has been demonstrated.

Chemo-enzymatische Synthese von N- Glykanen für Array-Entwicklung und HIV-Antikörper-Profiling

We present a highly efficient way for the rapid preparation of a wide range of N-linked oligosaccharides (estimated to exceed 20,000 structures) that are ...

Chemie

Regioselective O-Glycosylation of Nucleosides via the Temporary 2',3'-Diol Protection by a Boronic Ester for the Synthesis of Disaccharide Nucleosides

Disaccharide nucleosides, which consist of disaccharide and nucleobase moieties, have been known as a valuable group of natural products having multifarious bioactivities. Although chemical O-glycosylation is a commonly beneficial strategy to synthesize disaccharide nucleosides, the preparation of substrates such as glycosyl donors and acceptors requires&#160;tedious protecting&#160;group manipulations and a purification at each synthetic step. Meanwhile, several research groups have reported that boronic and borinic esters serve as a protecting or activating group of carbohydrate derivatives to achieve the regio- and/or stereoselective acylation, alkylation, silylation, and glycosylation. In this article, we demonstrate the procedure for the regioselective O-glycosylation of unprotected ribonucleosides utilizing boronic acid. The esterification of 2&#39;,3&#39;-diol of ribonucleosides with boronic acid makes the temporary protection of diol, and, following O-glycosylation with a glycosyl donor in the presence of p-toluenesulfenyl chloride and silver triflate, permits the regioselective reaction of the 5&#39;-hydroxyl group to afford the disaccharide nucleosides. This method could be applied to various nucleosides, such as guanosine, adenosine, cytidine, uridine, 5-metyluridine, and 5-fluorouridine. This article and the accompanying video represent&#160;useful (visual) information for the O-glycosylation of unprotected nucleosides and their analogs for the synthesis of not only disaccharide nucleosides, but also a variety of biologically relevant derivatives.

Regioselective O-Glycosylation of Nucleosides via the Temporary 2',3'-Diol Protection by a Boronic Ester for the Synthesis of Disaccharide Nucleosides

Here, we present protocols for the synthesis of disaccharide nucleosides by the regioselective O-glycosylation of ribonucleosides via a temporary protection of their 2&#39;,3&#39;-diol moieties utilizing a cyclic boronic ester. This method applies to several unprotected nucleosides such as adenosine, guanosine, cytidine, uridine, 5-methyluridine, and 5-fluorouridine to give corresponding disaccharide nucleosides.

Regioselective O- Glykosylierung Nukleoside über die temporäre 2', 3'-Diol Schutz durch eine Boronic Ester für die Synthese von Disaccharid Nukleosiden

Disaccharide nucleosides, which consist of disaccharide and nucleobase moieties, have been known as a valuable group of natural products having ...

Nonspecific Proteolysis-Based Glycomics Strategy for Bacterial Glycoproteins

Protein glycosylation is one of the most common and complex post-translational modifications. Many techniques have been developed to characterize the specific roles of glycans, the relationship between their structures and their impact on the functions of proteins. A common method for glycan analysis is to employ exoglycosidase cleavage to release N-linked glycans from glycoproteins or glycopeptides using Peptide-N-Glycosidase F (PNGase F). However, the glycan-protein linkages in bacteria are different and there is no enzyme available to release glycans from bacterial glycoproteins. In addition, free glycans have also been described in mammalian cells, bacteria, yeast, plants, and fish. In this article, we present a method that can characterize the N-linked glycosylation system in Campylobacter jejuni by detecting asparagine (Asn)-linked and free glycans that are not attached to their target proteins. In this method, total proteins from C. jejuni were digested by Pronase E with a higher enzyme to protein ratio (2:1&#8722;3:1) and a longer incubation time (48&#8722;72 h). The resulted Asn-glycans and free glycans were then purified using porous graphitic carbon cartridges, permethylated, and analyzed by mass spectrometry.

<meta charset="utf8"></head><body>Unspezifische Proteolyse-basierte Glykomik-Strategie für bakterielle Glykoproteine

This study presents a method for glycomics analysis of glycoproteins by a combination of pronase E digestion, permethylation, and mass spectrometry analysis. This method is capable of analyzing all types of N-linked glycans, including bacterial N-glycans.

Unspezifische Proteolyse-basierte Glykomik-Strategie für bakterielle Glykoproteine

Protein glycosylation is one of the most common and complex post-translational modifications. Many techniques have been developed to characterize the ...

Biochemie

Targeting Cysteine Thiols for in Vitro Site-specific Glycosylation of Recombinant Proteins

Stromal interaction molecule-1 (STIM1) is a type-I transmembrane protein located on the endoplasmic reticulum (ER) and plasma membranes (PM). ER-resident STIM1 regulates the activity of PM Orai1 channels in a process known as store operated calcium (Ca2+) entry which is the principal Ca2+ signaling process that drives the immune response. STIM1 undergoes post-translational N-glycosylation at two luminal Asn sites within the Ca2+ sensing domain of the molecule. However, the biochemical, biophysical, and structure biological effects of N-glycosylated STIM1 were poorly understood until recently due to an inability to readily obtain high levels of homogeneous N-glycosylated protein. Here, we describe the implementation of an in vitro chemical approach which attaches glucose moieties to specific protein sites applicable to understanding the underlying effects of N-glycosylation on protein structure and mechanism. Using solution nuclear magnetic resonance spectroscopy we assess both efficiency of the modification as well as the structural consequences of the glucose attachment with a single sample. This approach can readily be adapted to study the myriad glycosylated proteins found in nature.

Targeting Cysteine Thiols for in Vitro Site-specific Glycosylation of Recombinant Proteins

Biochemical and structural analyses of glycosylated proteins require relatively large amounts of homogeneous samples. Here, we present an efficient chemical method for site-specific glycosylation of recombinant proteins purified from bacteria by targeting reactive Cys thiols.

Targeting Cystein Thiole für in-vitro- standortspezifische Glykosylierung von rekombinanten Proteinen

Stromal interaction molecule-1 (STIM1) is a type-I transmembrane protein located on the endoplasmic reticulum (ER) and plasma membranes (PM). ER-resident ...

Immunologie und Infektion

Rapid Antibody Glycoengineering in Chinese Hamster Ovary Cells

Recombinant monoclonal antibodies bind specific molecular targets and, subsequently, induce an immune response or inhibit the binding of other ligands. However, monoclonal antibody functionality and half-life may be reduced by the type and distribution of host-specific glycosylation. Attempts to produce superior antibodies have inspired the development of genetically modified producer cells that synthesize glyco-optimized antibodies. Glycoengineering typically requires the generation of a stable knockout or knockin cell line using methods such as clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-associated protein 9. Monoclonal antibodies produced by engineered cells are then characterized using mass spectrometric methods to determine if the desired glycoprofile has been obtained. This strategy is time-consuming, technically challenging, and requires specialists. Therefore, an alternative strategy that utilizes streamlined protocols for genetic glycoengineering and glycan detection may assist endeavors toward optimal antibodies. In this proof-of-concept study, an IgG-producing Chinese hamster ovary cell served as an ideal host to optimize glycoengineering. Short interfering RNA targeting the Fut8 gene was delivered to Chinese hamster ovary cells, and the resulting changes in FUT8 protein expression were quantified. The results indicate that knockdown by this method was efficient, leading to a ~60% reduction in FUT8. Complementary analysis of the antibody glycoprofile was performed using a rapid yet highly sensitive technique: capillary gel electrophoresis and laser-induced fluorescence detection. All knockdown experiments showed an increase in afucosylated glycans; however, the greatest shift achieved in this study was ~20%. This protocol simplifies glycoengineering efforts by harnessing in silico design tools, commercially synthesized gene targeting reagents, and rapid quantification assays that do not require extensive prior experience. As such, the time efficiencies offered by this protocol may assist investigations into new gene targets.

The glycosylation pattern of an antibody determines its clinical performance, thus industrial and academic efforts to control glycosylation persist. Since typical glycoengineering campaigns are time- and labor-intensive, the generation of a rapid protocol to characterize the impact of glycosylation genes using transient silencing would prove useful.

Schnelles Antikörper-Glykoengineering in chinesischen Hamster-Eierstockzellen

Recombinant monoclonal antibodies bind specific molecular targets and, subsequently, induce an immune response or inhibit the binding of other ligands. ...

De-Sialylierte Monozyten-abgeleitete DCs aus isolierten PBMCs unter Sialidase-Behandlung

Generation of Monocyte-Derived Dendritic Cells with Differing Sialylated Phenotypes

Sialic acids are negatively charged monosaccharides typically found at the termini of cell surface glycans. Due to their hydrophilicity and biophysical characteristics, they are involved in numerous biological processes, such as modulation of the immune response, recognition of self and non-self antigens, carbohydrate-protein interactions, etc. The cellular content of sialic acid is regulated by sialidase, which catalyzes the removal of sialic acid residues. Several studies have shown that sialo-glycans are critical in monitoring immune surveillance by engaging with cis and trans inhibitory Siglec receptors on immune cells. Likewise, glyco-immune checkpoints in cancer are becoming crucial targets for developing immunotherapies. Additionally, dendritic cells (DCs) are envisioned as an important component in immunotherapies, especially in cancer research, due to their unique role as professional antigen-presenting cells (APC) and their capacity to trigger adaptive immune responses and generate immunologic memory. Nevertheless, the function of DCs is dependent on their full maturation. Immature DCs have an opposing function to mature DCs and a high sialic acid content, which further dampens their maturation level. This downregulates the ability of immature DCs to activate T-cells, leading to a compromised immune response. Consequently, removing sialic acid from the cell surface of human DCs induces their maturation, thus increasing the expression of MHC molecules and antigen presentation. In addition, it can restore the expression of co-stimulatory molecules and IL-12, resulting in DCs having a higher ability to polarize T-cells toward a Th1 phenotype and specifically activate cytotoxic T-cells to kill tumor cells. Therefore, sialic acid has emerged as a key modulator of DCs and is being used as a novel target to advance their therapeutic use. This study provides a unique approach to treat in vitro monocyte-derived DCs with sialidase, aimed at generating DC populations with different cell surface sialic acid phenotypes and tailored maturation and co-stimulatory profiles.

Autor im Rampenlicht: Reifung dendritischer Zellen durch Sialidasen-basierte enzymatische Behandlung der Zelloberfläche 

A unique, comprehensive protocol to generate de-sialylated human monocyte-derived dendritic cells (mo-DCs) from isolated peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) using a sialidase treatment is presented. Further, methods to assess the phenotypic and functional characterization of mo-DCs and evaluate how sialidase treatment improves the maturation level of mo-DCs are described.

Generierung von Monozyten-abgeleiteten dendritischen Zellen mit unterschiedlichen sialylierten Phänotypen

Sialic acids are negatively charged monosaccharides typically found at the termini of cell surface glycans. Due to their hydrophilicity and biophysical ...

Metabolische Glykan der Sialinsäure Säure mit N-Acyl-Mannosamines geändert

Zusammenfassung

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