Proteinerna i mänskliga celler är omfattande dekorerade med olika typer av sockerarter, ett fenomen som kallas glykosylering. Dessa modifieringar ökar avsevärt mångfalden av proteinstruktur och funktion, påverkar hur proteiner vikas, hur de beter sig, och var de går i cellerna. Ny forskning som kommer att publiceras i Journal of Biological Chemistry den 22 september visar att en sällsynt typ av glykosylering djupt påverkar funktionen hos ett protein som är viktigt för mänsklig utveckling och cancerutveckling.

Proteinglykosylering kallas antingen N-kopplad eller O-bunden, beroende på om sockret är fäst vid kväve- eller syrehaltiga platser, respektive. O-kopplade modifieringar involverar typiskt att sockret N-acetylgalaktosamin binds till aminosyrorna serin eller treonin, kallas "mucin-typ" glykosylaton eftersom de är vanligt förekommande i proteiner i slemhinnor; tillsammans med N-bundna sockerarter, dessa "kanoniska" modifieringar modifierar tusentals olika typer av proteiner.

I över 20 år har Robert Haltiwangers forskargrupp, nu vid University of Georgia, har studerat mycket sällsynta typer av O-kopplade modifikationer:bindning av sockerarterna glukos eller fukos till serin eller treonin, en modifiering som påverkar bara några hundra olika typer av proteiner. Ett av dessa proteiner är Notch, en signalreceptor som är avgörande för cellutveckling och differentiering och som är oreglerad i cancerformer som leukemi, bröstcancer, och prostatacancer.

"Det faktum att vi hittade dessa sockerarter på Notch var spännande eftersom Notch är en mycket viktig molekyl, "Sa Haltiwanger." Så vi har varit nyfikna på hur dessa sockerarter påverkar [Notch's] stabilitet och aktivitet. "

Enzymerna som är ansvariga för att modifiera Notch med glukos och fukos kallas POFUT1 och POGLUT1. Haltiwangers lag, ledd av Hideyuki Takeuchi, ville veta exakt varför POFUT1 och POGLUT1 kopplade glukos och fukos till Notch i celler.

Om du genmanipulerar en fluga eller mus utan POFUT1 eller POGLUT1, Haltiwanger sa, "du får en död fluga eller en död mus. Du stör Notch-banan fullständigt; Notch fungerar inte om du inte tillsätter dessa sockerarter. Det har varit mycket arbete under åren:Varför är det så? Vad är [den socker] gör? "

Haltiwangers nya arbete visar att fukos- och glukosmodifieringarna fungerar som kvalitetskontrollmarkörer som gör att Notch kan transporteras till sin slutdestination i cellmembranet. När forskarna slog ut POFUT1 eller POGLUT1 i cellkulturer med CRISPR/Cas-teknik, celler visade mycket mindre Notch på cellytan. När båda enzymerna slogs ut, Notch var nästan helt frånvarande. Med hjälp av ytterligare biokemiska metoder, forskarna fann att POFUT1 och POGLUT1 fäste glukos och fukos till delar av Notch först efter att de vikit sig på ett specifikt sätt.

"Det är som en godkännandestämpel, " sa Haltiwanger. "Är den här delen vikt? Bom, du lägger en fucose på det. Och på något sätt säger det till cellen:Bråka inte med det här längre. Lämna det ifred. Om du inte tillsätter sockret, [Notch-proteinerna] fastnar inuti det endoplasmatiska retikulumet, bli förnedrad, och bli inte hemlig."

Att veta att dessa sockerarter är viktiga för Notch-aktivitet gör att enzymerna som kontrollerar dem, POFUT1 och POGLUT1, potentiella mål för cancerbehandlingar. Beroende på om Notch är överaktiv eller otillräckligt aktiv i en viss cancer, manipulering av sockerarter som läggs till Notch kan hjälpa till att korrigera dysregleringen. Haltiwangers team arbetar för närvarande med att hitta kemiska föreningar som skulle hämma POFUT1 och POGLUT1, därmed stoppa Notch från att bädda in i cellmembranet och utföra dess signaleringsfunktioner. De försöker också reda ut detaljerna om hur glukos- och fukosmodifikationerna fungerar tillsammans för att finjustera Notch-aktiviteten.

"Det kommer att hålla oss sysselsatta, "Sa Haltiwanger.