Sukkerholdige hemmeligheder af et kræftrelateret protein

Proteinerne i menneskelige celler er i vid udstrækning dekoreret med forskellige typer sukker, et fænomen kaldet glykosylering. Disse modifikationer øger i høj grad mangfoldigheden af ​​proteinstruktur og funktion, påvirker hvordan proteiner folder, hvordan de opfører sig, og hvor de går hen i cellerne. Ny forskning, der vil blive offentliggjort i Journal of Biological Chemistry den 22. september viser, at en sjælden type glykosylering i høj grad påvirker funktionen af ​​et protein, der er vigtigt for menneskelig udvikling og kræftfremgang.

Proteinglykosylering kaldes enten N-bundet eller O-bundet, afhængig af om sukkeret er knyttet til nitrogen- eller iltholdige steder, henholdsvis. O-bundne modifikationer involverer typisk, at sukkeret N-acetylgalactosamin bindes til aminosyrerne serin eller threonin, kaldet "mucin-type" glycosylaton, fordi de almindeligvis findes i proteiner i slimhinder; sammen med N-bundne sukkerarter, disse "kanoniske" modifikationer modificerer tusindvis af forskellige typer proteiner.

I over 20 år, Robert Haltiwangers forskningsgruppe, nu på University of Georgia, har studeret meget sjældnere typer af O-bundne modifikationer:binding af sukkerarterne glucose eller fucose til serin eller threonin, en modifikation, der påvirker blot et par hundrede forskellige typer proteiner. Et af disse proteiner er Notch, en signalreceptor, der er essentiel for celleudvikling og -differentiering og er dysreguleret i kræftformer som leukæmi, brystkræft, og prostatakræft.

"Det faktum, at vi fandt disse sukkerarter på Notch var spændende, fordi Notch er et meget vigtigt molekyle, " sagde Haltiwanger. "Så vi har været nysgerrige efter, hvordan disse sukkerarter påvirker [Notchs] stabilitet og aktivitet."

De enzymer, der er ansvarlige for at modificere Notch med glucose og fucose, kaldes POFUT1 og POGLUT1. Haltiwangers hold, ledet af Hideyuki Takeuchi, ønskede at vide præcis, hvorfor POFUT1 og POGLUT1 hæftede glucose og fucose til Notch i celler.

Hvis du gensplejser en flue eller mus uden POFUT1 eller POGLUT1, Haltiwanger sagde, "du får en død flue eller en død mus. Du forstyrrer Notch-stien fuldstændigt; Notch er ikke funktionel, hvis du ikke tilsætter disse sukkerarter. Der har været meget arbejde i årenes løb på:Hvorfor er det? Hvad er [den sukker] gør?"

Haltiwangers nye arbejde viser, at fucose- og glucosemodifikationerne fungerer som kvalitetskontrolmarkører, der gør det muligt for Notch at blive transporteret til sin endelige destination i cellemembranen. Da forskerne slog POFUT1 eller POGLUT1 ud i cellekulturer ved hjælp af CRISPR/Cas-teknologi, celler viste meget mindre hak på celleoverfladen. Da begge enzymer blev slået ud, Notch var næsten helt fraværende. Brug af yderligere biokemiske metoder, forskerne fandt ud af, at POFUT1 og POGLUT1 først vedhæftede glukose og fucose til dele af Notch, efter at de foldede sig på en bestemt måde.

"Det er som et stempel, " sagde Haltiwanger. "Denne del er foldet? Bom, du sætter en fucose på den. Og på en eller anden måde fortæller det cellen:Lad være med at rode med det her mere. Lad det være. Hvis du ikke tilsætter sukkeret, [Notch-proteinerne] sætter sig fast inde i det endoplasmatiske retikulum, blive forringet, og bliv ikke hemmeligholdt."

Ved at vide, at disse sukkerarter er essentielle for Notch-aktivitet, bliver de enzymer, der kontrollerer dem, POFUT1 og POGLUT1, potentielle mål for kræftbehandlinger. Afhængigt af om Notch er overaktiv eller utilstrækkelig aktiv i en bestemt kræftsygdom, at manipulere de sukkerarter, der tilsættes til Notch, kan hjælpe med at rette op på dysreguleringen. Haltiwangers team arbejder i øjeblikket på at finde kemiske forbindelser, der ville hæmme POFUT1 og POGLUT1, dermed stoppe Notch i at indlejre sig i cellemembranen og udføre dens signaleringsfunktioner. De forsøger også at optrevle detaljerne om, hvordan glucose- og fucose-modifikationerne arbejder sammen for at finjustere Notch-aktivitet.

"Det vil holde os beskæftiget, " sagde Haltiwanger.