Nowe strategie badania glikozylacji O-GlcNAc

Glikozylacja to niezwykle ważna reakcja regulująca potranslacyjną modyfikację białek komórkowych. Europejscy naukowcy opracowali innowacyjną metodę badania odbiegających od normy procesów glikozylacji budzących coraz większe zainteresowanie kliniczne.

Badania podstawowe

Glikozylacja O-GlcNAc – niezwykła forma glikozylacji białek – polega na modyfikacji reszt seryny i treoniny białek jądrowych i cytoplazmatycznych poprzez kowalencyjne przyłączenie do nich N-acetylogalaktozaminy (GlcNAc). O-GlcNAcylacja obejmuje modyfikację pojedynczej reszty cukrowej białka, i, w przeciwieństwie do tradycyjnej glikozylacji białek, nie powoduje powstawania złożonych glikanów. W wyniku dodania i usunięcia enzymów – odpowiednio transferazy O-GlcNAc (OGT) i O-GlcNAcazy (OGA) – proces ten staje się niezwykle dynamiczny. Okazuje się, że reszty O-GlcNAc mają kluczowe znaczenie dla przeżycia komórek i są zaangażowane w ważne procesy biologiczne, w tym wykrywanie składników pokarmowych, jak również wpływają na występowanie chorób, takich jak rak czy cukrzyca. Mimo istotnego znaczenia biologicznego, funkcje i szczegóły molekularne modyfikacji O-GlcNAc, a także sekwencja konsensusowa w miejscu glikozylacji, nadal nie zostały wyjaśnione. Wynika to przede wszystkim z braku odpowiednich metod i narzędzi do identyfikacji i badania modyfikacji w ramach O-GlcNAcylacji białek. Z tego powodu w ramach finansowanego z funduszy UE projektu GLCNAC-PROBE opracowano nowe chemiczne i enzymatyczne strategie rekapitulacji i oznaczania in vivo i in vitro O-GlcNAcylacji. Badacze przyjęli podejście „oznacz i modyfikuj” ułatwiające identyfikację białek zmodyfikowanych przez O-GlcNAc oraz miejsc glikozylacji. W szczególności zastosowali podejście enzymatyczne, które pozwoliło przekształcić naturalny nukleotyd GlcNAc w nienaturalny analog z resztą chemiczną. Po obszernej optymalizacji udało się doprowadzić do tego, że ten nukleotyd GlcNAc jest rozpoznawany i wykorzystywany przez OGT do modyfikacji peptydów. Reszta chemiczna nukleotydu służy jako podstawa do oznaczania bioortogonalnego zmodyfikowanych białek za pomocą odpowiednich znaczników, takich jak znacznik powinowactwa do biotyny. Oczekuje się, że metodologia opracowana przez uczestników projektu GLCNAC-PROBE pomoże identyfikować białka po O-GlcNAcylacji i dokładniej je badać. Glikozylacja O-GlcNAc ma olbrzymie znaczenie kliniczne, dlatego też uzyskane wyniki dostarczą nowych informacji na temat znaczenia funkcjonalnego białek oraz mechanizmów molekularnych regulujących dynamikę modyfikacji potranslacyjnej. W dłuższej perspektywie przełoży się to na lepsze poznanie roli glikozylacji O-GlcNAc w różnych chorobach oraz określenie potencjału glikozylowanych białek jako celów terapeutycznych.