Neue Analysemethoden für O-GlcNAc-Glykosylierung
Die O-GlcNAc-Glykosylierung ist eine ungewöhnliche Form der Proteinglykosylierung, mit der Serin- und Threoninreste von Proteinen im Zellkern und Zytoplasma durch kovalente Bindung von N-Acetylglucosamin (GlcNAc) modifiziert werden. Dabei werden Einfachzucker eines Proteins modifiziert, und im Gegensatz zu herkömmlicher Proteinglykosylierung entstehen bei der O-GlcN-Acylierung keine komplexen Glykane. Wegen des enzymatischen Anhängens (O-GlcNAc-Transferase, OGT) und Entfernens (O-GlcNAcase, OGA) ist der Prozess hochdynamisch. O-GlcNAc ist eine entscheidende Voraussetzung für das zelluläre Überleben und an wichtigen biologischen Prozessen wie Nährstoffdetektion beteiligt, aber an auch menschlichen Krankheiten wie Diabetes und Krebs. Trotz seiner biologischen Bedeutung müssen die funktionellen Rollen und molekularen Details der O-GlcNAc-Modifikation wie auch die Konsensus-Sequenz für die Glycosylierungsstelle geklärt werden. Dies war bislang schwierig, da Methoden und Werkzeuge für die Analyse von O-GlcNAc-Modifikationen fehlen. So entwickelte das EU-finanzierte Projekt GLCNAC-PROBE neue chemische und enzymatische Methoden, um die O-GlcN-Acylierung in vitro und in vivo zu rekapitulieren und zu untersuchen. Mittels "tag-and-modify" (markieren und modifizieren) wurden O-GlcNAc-modifizierte Proteine und deren spezifische Glykosylierungsstellen identifiziert. Insbesondere wurde mit einem enzymatischen Ansatz das natürliche GlcNAc-Nucleotid in ein synthetisches Analogon mit einer chemischen Untergruppe umgewandelt. Nach umfassender Optimierung wurde das resultierende GlcNAc-Nucleotid erfolgreich erkannt und von der OGT zur Modifikation von Modellpeptiden genutzt. Mit dieser chemischen Einheit erfolgte dann die bioorthogonale Markierung des modifizierten Proteins mit geeigneten Sonden, etwa dem Biotin-Affinitäts-Tag. Die chemoenzymatische Methode von GLCNAC-PROBE kann künftig die Identifizierung glykosylierter O-GlcNAc-Proteine wie auch deren Analyse vereinfachen. Wegen der enormen klinischen Relevanz der O-GlcNAc-Glykosylierung sollen nun die funktionelle Rolle und molekularen Mechanismen dieser dynamischen posttranslationalen Modifikation genauer untersucht werden. Langfristig kann dies Aufschluss über die Rolle der O-GlcNAc-Glykosylierung bei verschiedenen Krankheiten geben und therapeutische Möglichkeiten eröffnen.
Schlüsselbegriffe
O-GlcNAc-Glykosylierung, posttranslationale Modifikation, O-GlcNAc-Transferase, GLCNAC-PROBE, Biotin
