Protein O -GlcNAc transferas -Protein O-GlcNAc transferase
Protein O- GlcNAc-transferas, även känt som OGT eller O-kopplat N-acetylglukosaminyltransferas, är ett enzym ( EC 2.4.1.255 ) som hos människor kodas av OGT- genen . OGT katalyserar tillsatsen av O -GlcNAc post -translationell modifiering till proteiner .
Nomenklatur
Andra namn inkluderar:
- O -GlcNAc -transferas
- OGTase
- O -länkat N -acetylglukosaminyltransferas
- Uridin diphospho- N -acetylglukosamin: polypeptid β- N -acetylglucosaminyltransferase
Systematiskt namn: UDP N -α-acetyl- d -glukosamin: [protein] -3- O - N -acetyl-β- d -glucosaminyl transferas
Fungera
| O -GlcNAc -transferas | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifierare | |||||||||
| EG -nr. | 2.4.1.255 | ||||||||
| Databaser | |||||||||
| IntEnz | IntEnz -vy | ||||||||
| BRENDA | BRENDA -inträde | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme -vy | ||||||||
| KEGG | KEGG -post | ||||||||
| MetaCyc | Metabolisk väg | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB -strukturer | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
Glykosyltransferas
OGT katalyserar tillsatsen av en enda N -acetylglukosamin genom en O -glykosidbindning till serin eller treonin och en S -glykosidbindning till cysteinrester av nukleocytoplasmatiska proteiner. Eftersom både fosforylering och O -GlcNAcylering konkurrerar om liknande serin- eller treoninrester kan de två processerna konkurrera om platser, eller så kan de förändra substratspecificiteten för närliggande platser genom steriska eller elektrostatiska effekter. Två transkriptvarianter som kodar för cytoplasmatiska och mitokondriella isoformer har hittats för denna gen. OGT glykosylerar många proteiner inklusive: Histon H2B , AKT1 , PFKL , KMT2E / MLL5, MAPT / TAU , värdcellfaktor C1 och SIN3A .
O -GlcNAc -transferas är en del av en mängd biologiska funktioner i människokroppen. OGT är involverat i insulinresistens i muskelceller och adipocyter genom att hämma Threonine 308 -fosforyleringen av AKT1, öka IRS1 -fosforyleringshastigheten (vid serin 307 och serin 632/635), minska insulinsignalering och glykosyleringskomponenter i insulinsignaler. Dessutom katalyserar O -GlcNAc -transferas intracellulär glykosylering av serin- och treoninrester med tillsats av N -acetylglukosamin. Studier visar att OGT -alleler är avgörande för embryogenes och att OGT är nödvändigt för intracellulär glykosylering och embryonal stamcells vitalitet. O -GlcNAc -transferas katalyserar också den posttranslationella modifieringen som modifierar transkriptionsfaktorer och RNA -polymeras II , men den specifika funktionen av denna modifiering är mestadels okänd.
Proteas
OGT klyver värdcellfaktor C1, vid en eller flera av 6 upprepande 26 aminosyrasekvenser. TPR-domänen för OGT binder till den karboxylterminala delen av en HCF1 proteolytisk upprepning så att klyvningsregionen är i den aktiva platsen för glykosyltransferas ovanför uridin-difosfat-GlcNAc Den stora andelen OGT komplext med HCF1 är nödvändig för HCF1-klyvning och HCFC1 är krävs för OGT -stabilisering i kärnan. HCF1 reglerar OGT-stabilitet med hjälp av en post-transkriptionell mekanism, men mekanismen för interaktionen med HCFC1 är fortfarande okänd.
Strukturera
Den humana OGT -genen har 1046 aminosyrarester och är en heterotrimer som består av två 110 kDa subenheter och en 78 kDa subenhet. 110 kDa -subenheten innehåller 13 tetratricopeptide -upprepningar (TPR); den 13: e upprepningen avkortas. Dessa subenheter dimeriseras av TPR -upprepningar 6 och 7. OGT uttrycks starkt i bukspottkörteln och uttrycks också i hjärtat , hjärnan , skelettmuskeln och moderkakan . Det har funnits spårmängder i lungan och levern . Bindningsställena har bestämts för subenheten 110 kDa. Den har 3 bindningsställen vid aminosyrarester 849, 852 och 935. Det troliga aktiva stället är vid återstoden 508.
Den kristallstruktur av O -GlcNAc transferas har inte studerats väl, men strukturen av ett binärt komplex med UDP och ett ternärt komplex med UDP och ett peptidsubstrat har undersökts. OGT-UDP-komplexet innehåller tre domäner i sin katalytiska region: amino ( N ) -terminalen, karboxi ( C ) -terminalen och den mellanliggande domänen (Int-D). Den katalytiska regionen är kopplad till TPR -upprepningar med en translationell helix (H3), som slingrar från C -kattdomänen till N -kattdomänen längs den övre ytan av den katalytiska regionen. OGT-UDP-peptidkomplexet har ett större utrymme mellan TPR-domänen och den katalytiska regionen än OGT-UDP-komplexet. CKII -peptiden, som innehåller tre serinrester och en treoninrest, binder i detta utrymme. Denna struktur stöder en ordnad sekventiell bi-bi-mekanism som matchar det faktum att "vid mättande peptidkoncentrationer erhölls ett konkurrenskraftigt hämningsmönster för UDP med avseende på UDP-GlcNAc."
Katalysmekanism
Den molekylära mekanismen för O -länkat N -acetylglukosamin -transferas har inte heller studerats ingående, eftersom det inte finns någon bekräftad kristallstruktur för enzymet. En föreslagen mekanism av Lazarus et al. stöds av produktinhiberingsmönster för UDP vid mättande peptidbetingelser. Denna mekanism fortsätter med utgångsmaterial Uridin difosfat N -acetylglukosamin, och en peptidkedja med ett reaktivt serin eller treonin hydroxyl -grupp. Den föreslagna reaktionen är en ordnad sekventiell bi-bi-mekanism.
Den kemiska reaktionen kan skrivas som:
- UDP -N -acetyl- D -glukosamin + [protein] - L -serin → UDP + [protein] -3- O - ( N -acetyl- D -glucosaminyl) - L -serin
- UDP -N -acetyl- D -glukosamin + [protein] - L -treonin → UDP + [protein] -3- O - ( N -acetyl- D -glucosaminyl) - L -treonin
Först deprotoneras hydroxylgruppen av serin av histidin 498, en katalytisk bas i denna föreslagna reaktion. Lysin 842 är också närvarande för att stabilisera UDP -gruppen . Den syrejoner angriper då socker-fosfatbindning mellan glukosamin och UDP. Detta resulterar i en uppdelning av UDP -N -acetylglukosamin till N -acetylglukosamin - peptid och UDP. Protonöverföringar sker vid fosfatet och histidin 498. Denna mekanism drivs av OGT -gen innehållande O -länkat N -acetylglukosamin -transferas. Bortsett från protonöverföringar fortsätter reaktionen i ett steg, såsom visas i figur 2. Figur 2 använder en ensam serinrest som en representant för peptiden med en reaktiv hydroxylgrupp. Treonin kunde också ha använts i mekanismen.
Hämmare
Många hämmare av OGT -enzymatisk aktivitet har rapporterats. OGT -hämning resulterar i global nedreglering av O -GlcNAc. Celler verkar uppreglera OGT och nedreglera OGA som svar på OGT -inhibering.
5 S -GlcNAc
Ac 4 5 S -GlcNAc omvandlas intracellulärt till UDP -5 S -GlcNAc, en substratanalog -hämmare av OGT. UDP -5 S -GlcNAc används inte effektivt som givarsocker av OGT, möjligen på grund av förvrängning av pyranosringen genom ersättning av syre med svavel. Eftersom andra glykosyltransferaser använder UDP-GlcNAc som givarsocker har UDP-5 S- GlcNAc vissa ospecifika effekter på glykosylering av cellytan.
OSMI
OSMI-1 identifierades först från screening med hög genomströmning med fluorescenspolarisering . Ytterligare optimering ledde till utvecklingen av OSMI-2, OSMI-3 och OSMI-4, som binder OGT med låg nanomolär affinitet. Röntgenkristallografi visade att kinolinon-6-sulfonamid-ställningen för OSMI-föreningar fungerar som ett uridin- mimetikum. OSMI-2, OSMI-3 och OSMI-4 har negativt laddade karboxylatgrupper ; förestring gör dessa hämmare cellgenomsläppliga.
Förordning
O -GlcNAc -transferas är en del av en dynamisk tävling om en serin- eller treoninhydroxylfunktionell grupp i en peptidenhet. Figur 3 visar ett exempel på både ömsesidig beläggning på samma plats och intilliggande plats. För beläggning på samma plats tävlar OGT med kinas för att katalysera glykosyleringen av proteinet istället för fosforylering. Exemplet på intilliggande plats visar det nakna proteinet katalyserat av OGT omvandlat till ett glykoprotein , vilket kan öka omsättningen av proteiner såsom tumörrepressorn p53.
Post-translationell modifiering av proteiner genom O -GlcNAc är sporrade av glukos flöde genom hexosamin biosyntetiska vägen. OGT katalyserar bindning av O -GlcNAc -gruppen till serin och treonin, medan O -GlcNAcase stimulerar borttagning av socker .
Denna reglering är viktig för flera cellulära processer inklusive transkription , signaltransduktion och proteasomal nedbrytning. Det finns också konkurrensreglering mellan OGT och kinas för att proteinet ska fästa till en fosfatgrupp eller O -GlcNAc, vilket kan förändra proteiners funktion i kroppen genom nedströmseffekter. OGT hämmar aktiviteten av 6-fosofofruktosekinas PFKL genom att förmedla glykosyleringsprocessen. Detta fungerar sedan som en del av glykolysregleringen . O -GlcNAc har definierats som en negativ transkriptionsregulator som svar på steroidhormonsignalering.
Studier visar att O- GlcNAc-transferas interagerar direkt med enzymet Ten eleven translocation 2 ( TET2 ), som omvandlar 5-metylcytosin till 5-hydroximetylcytosin och reglerar gentranskription. Dessutom kan ökande nivåer av OGT för O -GlcNAcylering ha terapeutiska effekter för patienter med Alzheimers sjukdom. Hjärnglukosmetabolismen försämras vid Alzheimers sjukdom, och en studie tyder på att detta leder till hyperfosforylering av tau och försämring av tau O -GlcNCAcylering. Påfyllning av tau O -GlcNacylering i hjärnan tillsammans med proteinfosfatas kan avskräcka denna process och förbättra hjärnans glukosmetabolism.
Se även
Referenser
externa länkar
Den O -GlcNAc Databas - En curated databas för protein O-GlcNAcylation och hänvisa mer än 14 000 proteinposter och 10 000 O -GlcNAc webbplatser.
- Protein+O-GlcNAc+transferas vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- ^ Wulff-Fuentes E, Berendt RR, Massman L, Danner L, Malard F, Vora J, Kahsay R, Olivier-Van Stichelen S (januari 2021). "Den mänskliga O -GlcNAcome -databasen och metaanalysen" . Vetenskapliga data . 8 (1): 25. Bibcode : 2021NatSD ... 8 ... 25W . doi : 10.1038/s41597-021-00810-4 . PMC 7820439 . PMID 33479245 .
- ^ Malard F, Wulff-Fuentes E, Berendt RR, Didier G, Olivier-Van Stichelen S (juli 2021). "Automatisering och självunderhåll av O-GlcNAcome-katalogen: en smart vetenskaplig databas" . Databas (Oxford) . 2021 : 1. doi : 10.1093/database/baab039 . PMC 8288053 . PMID 34279596 .