Characterization of the cellular uptake and metabolic conversion of acetylated N‐acetylmannosamine (ManNAc) analogues to sialic acids

乙酰化 唾液酸 生物化学 化学 表征(材料科学) 基因 纳米技术 材料科学
作者
Mark B. Jones,Howard Teng,Jun Kyu Rhee,Nicholas Lahar,Gautam Baskaran,Kevin J. Yarema
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:85 (4): 394-405 被引量:102
标识
DOI:10.1002/bit.10901
摘要

Abstract “Sialic acid engineering” refers to the strategy where cell surface carbohydrates are modified by the biosynthetic incorporation of metabolic intermediates, such as non‐natural N ‐acetylmannosamine (ManNAc) analogues, into cellular glycoconjugates. While this technology has promising research, biomedical, and biotechnological applications due to its ability to endow the cell surface with novel physical and chemical properties, its adoption on a large scale is hindered by the inefficient metabolic utilization of ManNAc analogues. We address this limitation by proposing the use of acetylated ManNAc analogues for sialic acid engineering applications. In this paper, the metabolic flux of these “second‐generation” compounds into a cell, and, subsequently, into the target sialic acid biosynthetic pathway is characterized in detail. We show that acetylated ManNAc analogues are metabolized up to 900‐fold more efficiently than their natural counterparts. The acetylated compounds, however, decrease cell viability under certain culture conditions. To determine if these toxic side effects can be avoided, we developed an assay to measure the cellular uptake of acetylated ManNAc from the culture medium and its subsequent flux into sialic acid biosynthetic pathway. This assay shows that the majority ( > 80%) of acetylated ManNAc is stored in a cellular “reservoir” capable of safely sequestering this analogue. These results provide conditions that, from a practical perspective, enable the acetylated analogues to be used safely and efficaciously and therefore offer a general strategy to facilitate metabolic substrate‐based carbohydrate engineering efforts. In addition, these results provide fundamental new insights into the metabolic processing of non‐natural monosaccharides. © 2004 Wiley Periodicals, Inc.

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