药用植物果胶与半乳凝素分子互作的选择性及其机制研究

Pectin, a family of plant polysaccharides with complex structure, possesses multiple pharmacological activities. Pectins are active components of medicinal herbs. Galectin is a family of lectins with conserved carbohydrate recognition domains specific for beta-galactosides. Galectin is involved in multiple physiological and pathological processes, and has been implicated in some diseases. Previous studies show that pectin can bind galectin and is a type of potential galectin inhibitors. However, the selectivity and mechanism remain unclear. Here we address this issue by investigating the selective interaction between pectins and galectins, aiming to provide useful information for developing galectin inhibitors with low toxicity and good selectivity. We will use more than 40 structurally different pectins covering the three main structures (HG, RG-I and RG-II) found in pectin, and three representative galectins - galectin-1 (prototype), galectin-3 (chimera) and galectin-8 (tandem repeat). The selective interaction between pectin and galectin will be investigated with multiple advanced biological methods. Further studies on mechanism will be performed from both pectin and galectin prospects by exploring pectin structures related to binding to each galectin, as well as galectin structural domains relevant to pectin binding. Saccharide-protein interaction is a general topic but poorly understood in the field of glycobiology. This project will certainly provide some new information for better understanding the interaction between polysaccharides and proteins.

果胶是一类结构复杂的植物多糖，是药用植物的有效成分，具有多种药理活性。半乳凝素是一类能识别β-半乳糖基的凝集素，参与多种生理和病理过程，与多种疾病的发生和发展相关。研究已经表明，果胶能与某些半乳凝素结合，是潜在的半乳凝素抑制剂，但是它们之间作用的选择性及其机制尚不明确。本项目选择40余种结构不同的果胶（涵盖HG、RG-I和RG-II三种主要的结构类型）和三种代表性的半乳凝素，即半乳凝素-1（原型）、-3（嵌合型）、-8（串联重复型），采用多种现代生物学方法，通过分析果胶结构变化对其相互作用亲和力的影响，以及半乳凝素分子中果胶的结合位点/部位，研究果胶与半乳凝素分子相互作用的选择性，从果胶和半乳凝素两方面阐明影响互作的结构因素。研究结果为寻找和开发低毒、高效、选择性好的半乳凝素抑制剂/调节剂提供理论基础，也将对糖生物学的发展起到促进作用。

果胶是一类结构复杂的植物多糖，是药用植物的有效成分，具有多种药理活性。半乳凝素是一类能识别β-半乳糖基的凝集素，参与多种生理和病理过程，与多种疾病的发生和发展相关。有研究报道，果胶能与某些半乳凝素结合，是潜在的半乳凝素抑制剂，但它们之间作用的选择性及其机制尚不明确。.本项目研究了不同结构的果胶与不同半乳凝素的相互作用，从果胶和半乳凝素两个方面阐释影响互作的因素。主要研究内容包括：1）制备一系列结构不同的果胶和半乳凝素；2）筛选与半乳凝素可相互作用的果胶；3）比较不同结构的RG-I型果胶与Gal-1、-2、-3和-8的相互作用；4）研究RG-I型果胶与Gal-8互作的分子机制；5）研究HG型果胶与Gal-3互作的分子机制；6）研究Gal-3的CRD-F面在聚糖结合中的作用；7）研究聚糖结合对Gal-3寡聚化的影响及分子机制；8）研究不同果胶对Gal-3功能的影响；9）建立分析果胶与半乳凝素互作的新方法。主要研究结果包括：1）首次报道了半乳凝素与植物寡糖（半乳寡糖和半乳糖醛酸寡糖）的共晶体结构；2）发现HG寡糖以一种非常规的颠倒方式结合Gal-3。这是一种新型的半乳凝素-糖结合模式。该发现不仅拓宽了Gal-3的糖配体种类，也为揭示凝集素识别细胞表面其他带负电荷多糖（如糖氨聚糖)的机制提供了思路；3）发现聚糖不仅作用于CRD-S面这一经典的糖结合位点，还作用于CRD-F面，对Gal-3抑制剂/调节剂的开发具有指导意义；4）发现聚糖能够诱导Gal-3发生动态的寡聚化，并且揭示了Gal-3发生寡聚化的分子机制，提出了一种全新的寡聚化模型。该研究为阐明Gal-3的生物学功能提供了新的思路。5）发现两种人参RG-I果胶能选择性地抑制Gal-3介导的T细胞凋亡而不抑制活化，优于小分子抑制剂，是开发具有选择性的Gal-3抑制剂的良好资源。6）建立了一种在细胞水平上分析果胶与半乳凝素互作的方法 - 流式细胞术法；7）建立了一种高通量分析果胶与半乳凝素互作的方法 - 多糖芯片法。.