“重磅炸弹”改写教科书！斯坦福科学家揭示一种全新类型的生物分子广泛存在

▎药明康德内容团队编辑

5月17日，顶尖学术期刊《细胞》上线了一篇研究论文，科学家们在这篇文章里向我们描述了一项令人惊讶的发现：各种细胞的表面，分布着一类过去无人知晓的新型生物分子——糖RNA（glycoRNA）。

领衔这项研究的是斯坦福大学知名化学生物学家Carolyn Bertozzi教授。她指出：“这项惊人发现表明，细胞中存在着我们完全未知的生物分子途径，这无疑是颗重磅炸弹。”

糖RNA指的是糖基化的RNA分子，以一小段核糖核酸（RNA）为支架，上面连着聚糖（glycan）。长期以来的认知中，糖基化修饰会发生在各种脂质和蛋白质分子上，形成糖脂和糖蛋白。动物、植物和微生物细胞中广泛存在糖脂和糖蛋白，为生命中各种必不可少的过程做出了贡献。举个最常见的例子，我们的血型就由包裹在红细胞表面的糖脂决定。

然而很少有人想到，RNA分子也是糖基化的主要对象之一。这是因为，大多数类型的RNA分子存在于细胞核和细胞质中；而聚糖则不同，来自与细胞膜结合的亚细胞结构，糖蛋白和糖脂都位于细胞表面。用Bertozzi教授的话说：“如果你相信教科书，RNA和聚糖活在两个不同的世界中。”

这项新研究则颠覆了教科书上的既有认识。

▲本研究的通讯作者之一是糖基化修饰领域的专家Carolyn R. Bertozzi教授（图片来源：斯坦福大学官网）

在糖基化修饰的领域，Bertozzi教授是当之无愧的专家。她开发了很多工具来阐明糖结构在细胞中的重要作用，年仅33岁时就因此斩获“麦克阿瑟天才奖”。

在寻找糖RNA的过程中，Bertozzi教授开发的“生物正交化学”（bioorthogonal chemistry）技术大显身手。这种技术可用于在活细胞活组织上进行化学反应，同时不会干扰细胞天然的生物化学过程。简单来说，一种常用方法是将不显眼的化学报告分子连到生物分子上，当这些生物分子进行特定反应时则会发光。

研究人员用化学方法给许多不同的聚糖配备了发光基团，用来观察糖结合了什么生物分子，以及与糖结合的生物分子在细胞上或细胞内的定位。经过反复尝试和探索，研究人员注意到一种带标记的聚糖分子不断出现。最终他们发现，在细胞表面，有一类保守的非编码RNA带有富含唾液酸结构的聚糖。

▲细胞表面的三种糖基化修饰分子：糖蛋白，糖脂和新发现的糖RNA，它们帮助细胞相互交流（图片来源：参考资料 [1]；Credit：Ryan Flynn）

在人类细胞中找到了糖RNA的存在后，研究人员又继续在其他细胞中进行了搜索。结果，从人类到小鼠、仓鼠、斑马鱼的不同生物体，所测试的细胞类型中都发现了糖RNA。也就是说，糖RNA的存在十分普遍，暗示着它们可能具有某些重要的基本功能。“糖RNA可能有古老的起源，也许在地球生命的诞生中发挥了某种作用。”Bertozzi教授解释说。

至于这些新发现的糖RNA有什么功能，将会是后续研究中值得探索的问题。有一些迹象表明，某些被糖基化修饰的RNA分子可能与免疫信号的传递有关，或许可以为理解自身免疫疾病打开新的大门。

2019年，当Bertozzi教授的研究团队将初步发现发布到预印本服务器上，糖基化修饰RNA分子的可能性就曾引爆大量关注。《科学》期刊评论说，“这个发现可能改变生物化学的面貌，如果它能被确认的话……”而现在，这篇论文的正式发表，意味着这一惊人的发现得到了确认。

参考资料：

[1] Ryan Flynn et al., (2021) Small RNAs are modified with N-glycans and displayed on the surface of living cells. Cell. Doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.04.023

[2] Stanford researchers make 'bombshell’ discovery of an entirely new kind of biomolecule. Retrieved May 18, 2021 from https://news.stanford.edu/press/view/39564