在細胞的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，N-糖基化扮演著至關(guān)重要的角色。這是一種精細調(diào)控蛋白質(zhì)功能的生物過程，通過在蛋白質(zhì)上附加糖鏈，N-糖基化對蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、功能以及細胞間的通信起著關(guān)鍵作用。它不僅影響單個蛋白質(zhì)的命運，還對整個細胞的行為產(chǎn)生深遠的影響。N-糖基化過程的微妙變化能夠決定細胞如何響應(yīng)外部信號，從而在發(fā)育、免疫反應(yīng)和疾病發(fā)生中發(fā)揮重要作用。

2024年11月8日斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院Rajat Rohatgi教授及其團隊在Science雜志（IF：44.7）上發(fā)表了題為“Regulated N-glycosylation controls chaperone function and receptor trafficking”的研究文章，通過N-糖肽組學(xué)分析揭示了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中一個調(diào)控N-糖基化的新途徑，該途徑由CCDC134、OST-A和HSP90B1三個蛋白組成。CCDC134與HSP90B1的N端無序肽段結(jié)合，并招募OST-A，形成一個保護性支架，從而抑制HSP90B1的過度糖基化，維持其穩(wěn)定性和功能。這對于WNT信號傳導(dǎo)至關(guān)重要，其功能障礙可能導(dǎo)致骨發(fā)育障礙。本文將帶您深入了解N-糖基化的神秘面紗，探索它如何在細胞內(nèi)施展魔力。

英文標(biāo)題：Regulated N-glycosylation controls chaperone function and receptor trafficking

中文題目：調(diào)節(jié)的 N-糖基化控制伴侶功能和受體運輸

發(fā)表期刊：Science

影響因子：44.7

作者單位：斯坦福大學(xué)

研究材料：RKO細胞系

組學(xué)技術(shù)：N-糖肽組學(xué)

機制模型：

圖1機制模型圖

（圖源：Ma, et al., Science, 2024）

1、研究結(jié)果

篩選影響 WNT 信號通路的基因

研究團隊利用CRISPR-Cas9技術(shù)在人類細胞系中進行了全基因組范圍內(nèi)的失活篩選，以鑒定激活WNT/β-catenin信號通路所需的基因。這一篩選過程不僅確認(rèn)了已知的WNT信號組分，如β-catenin、LRP6（WNT配體的共受體）等，還發(fā)現(xiàn)了CCDC134、STT3A和OSTC等基因與WNT信號通路的調(diào)控密切相關(guān)。這些基因的發(fā)現(xiàn)為理解WNT信號通路的復(fù)雜性提供了新的視角。通過熒光基的轉(zhuǎn)錄報告系統(tǒng)，研究人員監(jiān)測了WNT3A對WNT/β-catenin信號通路的激活效應(yīng)，從而識別出這些關(guān)鍵基因。

驗證基因功能

通過基因敲除和功能恢復(fù)實驗，研究團隊深入探究了CCDC134、STT3A和OSTC等基因?qū)NT信號通路的影響。實驗結(jié)果表明，CCDC134的缺失會導(dǎo)致HSP90B1分子伴侶的過度糖基化和穩(wěn)定性下降，進而影響WNT信號通路的活性。這一發(fā)現(xiàn)揭示了CCDC134在WNT信號通路中的關(guān)鍵作用。通過免疫印跡和免疫熒光等技術(shù)，研究人員評估了這些基因敲除對HSP90B1穩(wěn)定性和WNT信號通路的影響。功能恢復(fù)實驗通過重新引入野生型或突變型基因，以評估它們對HSP90B1糖基化和WNT信號通路的恢復(fù)效果。

圖2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白網(wǎng)絡(luò)對HSP90B1 N-糖基化和WNT信號的調(diào)控

（圖源：Ma, et al., Science, 2024）

HSP90B1蛋白的糖基化狀態(tài)研究

研究團隊利用N-糖肽組學(xué)技術(shù)，詳細研究了HSP90B1的糖基化狀態(tài)。他們從基因敲除細胞中提取蛋白質(zhì)，并通過酶解和色譜分離技術(shù)，對HSP90B1的糖肽段進行了鑒定和定量。質(zhì)譜數(shù)據(jù)揭示了CCDC134和STT3A缺失導(dǎo)致的HSP90B1糖基化模式的變化，為理解這些基因在糖基化調(diào)控中的作用提供了直接證據(jù)。研究發(fā)現(xiàn),在CCDC134和STT3A基因敲除的細胞中，HSP90B1的過度糖基化現(xiàn)象顯著增加，表明這兩個基因在調(diào)控HSP90B1的N-糖基化中發(fā)揮著重要作用。

圖3 HSP90B1的高糖基化調(diào)節(jié)WNT信號強度

（圖源：Ma, et al., Science, 2024）

HSP90B1 的自調(diào)控機制研究

通過突變分析、細胞表面蛋白分析和細胞功能分析等，研究團隊探索了HSP90B1 N端肽段對其自身糖基化的影響。他們發(fā)現(xiàn)HSP90B1 N端的無序肽段可以抑制其自身的糖基化，并通過CCDC134調(diào)控其穩(wěn)定性。這一自調(diào)控機制的發(fā)現(xiàn)為理解HSP90B1的功能提供了新的分子層面的解釋。研究人員通過構(gòu)建HSP90B1的突變體并進行體外翻譯和糖基化分析，揭示了HSP90B1 N端的一個特定區(qū)域（1-93氨基酸）對其自身糖基化的調(diào)控作用。通過突變這一區(qū)域的關(guān)鍵氨基酸，研究團隊進一步闡明了HSP90B1自調(diào)控糖基化的分子機制。

圖4 HSP90B1的前N片段通過將CCDC134募集到含有OST-A的分泌位上抑制其自身的N-糖基化

（圖源：Ma, et al., Science, 2024）

STT3A 和 CCDC134 的作用機制研究

利用基因敲除、過表達實驗和蛋白質(zhì)相互作用分析，研究團隊進一步研究了STT3A和CCDC134在HSP90B1糖基化調(diào)控中的作用機制。他們發(fā)現(xiàn)STT3A和CCDC134與HSP90B1形成復(fù)合物，在HSP90B1轉(zhuǎn)運和折疊過程中發(fā)揮保護作用，抑制其過度糖基化。這一發(fā)現(xiàn)揭示了STT3A和CCDC134在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的新功能。通過構(gòu)建STT3A和CCDC134的突變體，并在體外進行表達和糖基化分析，研究人員發(fā)現(xiàn)這些基因與HSP90B1的相互作用對于其糖基化狀態(tài)至關(guān)重要。

OST-A 的作用探究

通過突變分析，研究團隊研究了OST-A的糖基轉(zhuǎn)移酶活性對HSP90B1糖基化的影響。他們發(fā)現(xiàn)OST-A的糖基轉(zhuǎn)移酶活性對于抑制HSP90B1過度糖基化并非必需。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了我們對OST-A功能的傳統(tǒng)理解，提示OST-A可能通過非酶活性的方式參與蛋白質(zhì)的折疊和質(zhì)量控制。研究人員通過構(gòu)建OST-A的突變體，并在細胞中表達這些突變體，發(fā)現(xiàn)即使在OST-A的糖基轉(zhuǎn)移酶活性被抑制的情況下，HSP90B1的糖基化仍然受到抑制，表明OST-A可能通過其他機制調(diào)控HSP90B1的糖基化。

圖5 OST-A的寡糖轉(zhuǎn)移酶活性并不促進HSP90B1的穩(wěn)定性和WNT信號傳導(dǎo)

（圖源：Ma, et al., Science, 2024）

2、小結(jié)

這項研究的發(fā)現(xiàn)不僅在分子層面上揭示了N-糖基化的新調(diào)控機制，而且在細胞和組織層面上展示了其對信號傳導(dǎo)和疾病發(fā)展的影響。未來的研究將需要進一步探索CCDC134和HSP90B1在不同組織和發(fā)育階段中的作用，以及它們?nèi)绾雾憫?yīng)不同的生理和病理信號。此外，這些發(fā)現(xiàn)為開發(fā)新的治療策略提供了潛在的靶點，特別是在治療骨質(zhì)疏松。

3、拜譜小結(jié)

隨著對N-糖基化調(diào)控機制的進一步研究，我們可能會發(fā)現(xiàn)更多的分子靶點和治療機會。這項研究為我們提供了一個全新的視角，讓我們重新審視N-糖基化在生命活動中的作用。隨著質(zhì)譜技術(shù)的不斷發(fā)展，針對O-糖基化、N-糖基化以及完整糖肽的分析能力已經(jīng)實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。拜譜生物推出的完整糖肽產(chǎn)品可以有效檢測蛋白質(zhì)糖基化的位點和糖型結(jié)構(gòu)，包括但不限于糖鏈組成、糖鏈長度、分支情況、糖基化位點等分析內(nèi)容，該產(chǎn)品適用于癌癥、免疫疾病、神經(jīng)退行性疾病等領(lǐng)域的糖基化研究，助力科研人員深入挖掘糖基化在疾病發(fā)生與發(fā)展中的機制。同時，拜譜生物提供專業(yè)的技術(shù)支持和定制化服務(wù)，確保每一位客戶都能獲得高質(zhì)量的實驗結(jié)果和精準(zhǔn)的分析數(shù)據(jù)。未來，拜譜生物將繼續(xù)致力于糖基化領(lǐng)域的創(chuàng)新與突破，為推動生命科學(xué)研究和臨床應(yīng)用提供堅實保障。想了解更多關(guān)于完整糖肽產(chǎn)品的信息，歡迎咨詢！

參考文獻：

Ma M, Dubey R, Jen A, Pusapati GV, Singal B, Shishkova E, Overmyer KA, Cormier-Daire V, Fedry J, Aravind L, Coon JJ, Rohatgi R. Regulated N-glycosylation controls chaperone function and receptor trafficking. Science, 2024 Nov 7. doi: 10.1126/science.adp7201