利用拉曼光譜分析人類半乳糖凝集素(Galectin-1)之功能

共振拉曼光譜
當我們使用拉曼光譜進行生化研究時，數據分析通常很複雜，因為會觀察到許多拉曼活性模式的譜帶。譜帶的數量很大，因為在許多情況下生物分子由數千個原子組成，我們可以通過將激發波長調節到紅細胞的電子躍遷來使用拉曼光譜中的共振效應; 我們可以在光譜中觀察到有限數量的發色團的拉曼帶被選擇性地增強。我們使用229nm激發光束，使蛋白質中芳香族基團(特別是色氨酸和組氨酸)電子吸收共振。

Galectin-1
人類半乳糖凝集素（Galectin-1, Gal-1）是凝集素，並且已知對β-半乳糖苷具有親和力。Gal-1在生理功能下存在於二聚體中，並且具有兩個口袋以結合二聚體中的碳水化合物。Gal-1二聚體結合每個口袋處的配體，從而橋接兩個分子。細胞間橋接不同細胞上的碳水化合物，部分有助於細胞粘附，而細胞內橋接則是組裝細胞中的膜蛋白。由於這些功能，Gal-1在細胞生理學中起重要作用。




乳糖的親和力:源於酸鹼值的變化
Gal-1中包含兩種組胺基酸His44和His52，這些殘基可以直接和乳糖(Galβ1-4Glc)相互作用，而我們發現了乳糖的結合常數在酸性環境下取決於酸鹼值的變化，是因為質子化後的His52(pKa6.2)和His44(pKa5.7)在結合口袋的結構變化[1]。
據說在pH>7.5時結合瓊脂凝膠攜帶乳糖部分的Gal-1的量將會減少，而我們也發現在在ph7-9.5時乳糖的結合常數並無變化，這是源於在蛋白質表面上Cys的去質子化(由拉曼光譜確定pKa為8.5)並產生庫倫排斥[2]。

對法尼基的親和力：發生於自聚類
Gal-1不僅被認為用作凝集素，更用作法尼基的受體。法尼基由三個異戊二烯組成，轉譯後會連接H-Ras C-末端的Cys。H-Ras會形成團簇並在細胞生長中發揮關鍵作用。H-Ras聚類中顯現出與法尼基結合的Gal-1的重要性。與法尼基結合的Gal-1，可透過添加法尼基硫代水楊酸（FTS）來產生自聚類，並使用紫外光-拉曼和熒光光譜探討與法尼基結合的Gal-1結構[3]。與法尼基結合的Gal-1自聚類可解釋H-Ras（與法尼基相關模型）的聚類。

[1] H.Hiramatsu, K.Takeuchi, H.Takeuchi, Biochemistry 2013, 52, 2371-2380.
[2] H.Hiramatsu, K.Takeuchi, K.Fukuda, T.Nishino, Chemical Physics 2013, 419, 113-117.
[3] K.Yamaguchi, Y.Niwa, T.Nakabayashi, H.Hiramatsu, Scientific Reports, 2016, 6, 32999.