Протеиновая трансфераза O-GlcNAc - Protein O-GlcNAc transferase

OGT
OGT full-length.png
Доступные конструкции
PDBПоиск ортолога: PDBe RCSB
Идентификаторы
ПсевдонимыOGT, HRNT1, O-GLCNAC, HINCUT-1, O-связанная N-ацетилглюкозамин (GlcNAc) трансфераза, OGT1, MRX106
Внешние идентификаторыOMIM: 300255 MGI: 1339639 ГомолоГен: 9675 Генные карты: OGT
Расположение гена (человек)
Х-хромосома (человек)
Chr.Х-хромосома (человек)[1]
Х-хромосома (человек)
Геномное расположение OGT
Геномное расположение OGT
ГруппаXq13.1Начинать71,533,104 бп[1]
Конец71,575,892 бп[1]
Экспрессия РНК шаблон
PBB GE OGT 207563 s в формате fs.png

PBB GE OGT 209240 в формате fs.png

PBB GE OGT 207564 x в формате fs.png
Дополнительные данные эталонного выражения
Ортологи
РазновидностьЧеловекМышь
Entrez

8473

108155

Ансамбль

ENSG00000147162

ENSMUSG00000034160

UniProt

O15294

Q8CGY8

RefSeq (мРНК)

NM_003605
NM_181672
NM_181673

NM_001290535
NM_139144

RefSeq (белок)

NP_858058
NP_858059

NP_001277464
NP_631883

Расположение (UCSC)Chr X: 71,53 - 71,58 МбChr X: 101.64 - 101.68 Мб
PubMed поиск[3][4]
Викиданные
Просмотр / редактирование человекаПросмотр / редактирование мыши

Протеин О-GlcNAc трансфераза также известный как OGT является фермент (ЕС 2.4.1.255 ), который у человека кодируется OGT ген.[5][6] OGT катализирует добавление О-GlcNAc посттрансляционная модификация к белки.[7][8][9][10][5][11]

Номенклатура

Другие названия включают:

  • О-GlcNAc трансфераза
  • OGTase
  • О-связанный N-ацетилглюкозаминилтрансфераза
  • Уридин дифосфо-N-ацетилглюкозамин: полипептид β-N-ацетилглюкозаминилтрансфераза

Систематическое название: UDP-N-α-ацетил-d-глюкозамин: [белок] -3-О-N-ацетил-β-d-глюкозаминилтрансфераза

Функция

О-GlcNAc трансфераза
Идентификаторы
Номер ЕС2.4.1.255
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum

Гликозилтрансфераза

OGT катализирует добавление одного N-ацетилглюкозамин через О-гликозидная связь с серин или же треонин и S-гликозидная связь с цистеин[12][13] остатки нуклеоцитоплазматических белков. Поскольку оба фосфорилирование и О-GlcNAcylation конкурируют за аналогичные остатки серина или треонина, эти два процесса могут конкурировать за сайты, или они могут изменять субстрат специфичность близлежащих участков стерическими или электростатическими эффектами. Для этого гена были обнаружены два варианта транскрипта, кодирующие цитоплазматическую и митохондриальную изоформы.[6] OGT гликозилирует многие белки, включая: Гистон H2B,[14] AKT1,[15] ПФКЛ,[16] KMT2E / MLL5,[16] MAPT /ТАУ,[17] Фактор клетки-хозяина C1,[18] и SIN3A.[19]

О-GlcNAc трансфераза является частью множества биологических функций в организме человека. OGT участвует в сопротивлении инсулин в мышечные клетки и адипоциты путем ингибирования фосфорилирования треонина 308 AKT1, увеличивая скорость IRS1 фосфорилирование (серин 307 и серин 632/635), снижение передачи сигналов инсулина и гликозилирование компонентов сигналов инсулина.[20] Кроме того, О-GlcNAc трансфераза катализирует внутриклеточный гликозилирование остатков серина и треонина с добавлением N-ацетилглюкозамин. Исследования показывают, что аллели OGT жизненно важны для эмбриогенез, и что OGT необходим для внутриклеточного гликозилирования и эмбриональная стволовая клетка жизнеспособность.[21] О-GlcNAc трансфераза также катализирует посттрансляционная модификация который изменяет факторы транскрипции и РНК-полимераза II Однако конкретная функция этой модификации в основном неизвестна.[22]

Протеаза

OGT расщепляет фактор С1 клетки-хозяина по одной или нескольким из 6 повторяющихся 26 аминокислотных последовательностей. TPR-домен OGT связывается с карбоксильным концом протеолитического повтора HCF1, так что область расщепления находится в активном сайте гликозилтрансферазы над уридин-дифосфат-GlcNAc. [11] Большая часть OGT в комплексе с HCF1 необходима для расщепления HCF1, а HCFC1 необходим для стабилизации OGT в ядре. HCF1 регулирует стабильность OGT с помощью посттранскрипционного механизма, однако механизм взаимодействия с HCFC1 до сих пор неизвестен.[23]

Структура

Ген OGT человека насчитывает 1046 аминокислота остатков, и представляет собой гетеротример, состоящий из двух 110 кДа подразделения и одна субъединица 78 кДа.[10] Субъединица 110 кДа содержит 13 тетратрикопептид повторы (TPR); 13-й повтор усечен. Эти субъединицы димеризуются повторами TPR 6 и 7. OGT высоко экспрессируется в поджелудочная железа а также выражается в сердце, мозг, скелетные мышцы, а плацента. Были обнаружены следовые количества в легкое и печень.[5] Сайты связывания были определены для субъединицы 110 кДа. Он имеет 3 сайта связывания при аминокислотных остатках 849, 852 и 935. Вероятный активный сайт находится на остатке 508.[16]

В кристалл структура О-GlcNAc трансфераза изучена недостаточно, но структура двоичный комплекс с UDP и тройной комплекс с UDP и пептид субстрат исследован.[11] Комплекс OGT-UDP содержит три домена в своей каталитической области: амино (N) -концевой домен карбокси (C) -концевой домен и промежуточный домен (Int-D). Каталитическая область связана с повторами TPR трансляционной спиралью (H3), которая проходит от C-cat домен N-cat домен вдоль верхней поверхности каталитической области.[11] Комплекс OGT-UDP-пептид имеет большее пространство между доменом TPR и каталитической областью, чем комплекс OGT-UDP. Пептид CKII, содержащий три остатка серина и остаток треонина, связывается в этом пространстве. Эта структура поддерживает упорядоченный последовательный механизм би-би, который соответствует тому факту, что «при насыщающих концентрациях пептида конкурентное торможение образец был получен для UDP в отношении UDP-GlcNAc ».[11]

Механизм катализа

Молекулярный механизм О-связанный N-ацетилглюкозаминтрансфераза также не была широко изучена, так как не существует подтвержденной кристаллической структуры фермента. Предложенный механизм Lazarus et al. подтверждается паттернами ингибирования продуктом UDP в условиях насыщения пептида. Этот механизм протекает с исходными материалами дифосфата уридина. N-ацетилглюкозамин и пептидная цепь с реактивным серином или треонином гидроксил группа. Предлагаемая реакция представляет собой упорядоченный последовательный би-би-механизм.[11]

Рисунок 2: Предлагаемый каталитический механизм О-GlcNAc трансфераза. Это упорядоченный последовательный би-би-механизм с одним этапом, не включая перенос протона. Пептид представлен остатком серина с реакционноспособной гидроксильной группой.[11]

Химическая реакция может быть записана как:

  1. UDP-N-ацетил-D-глюкозамин + [белок] -L-серин → UDP + [белок] -3-О-(N-ацетил-D-глюкозаминил) -L-серин
  2. UDP-N-ацетил-D-глюкозамин + [белок] -L-реонин → UDP + [белок] -3-О-(N-ацетил-D-глюкозаминил) -L-реонин

Во-первых, гидроксильная группа серина депротонируется гистидином 498, каталитическим основание в этой предложенной реакции. Лизин 842 также присутствует для стабилизации UDP. часть. В кислород ион затем атакует сахарно-фосфатную связь между глюкозамин и UDP. Это приводит к разделению UDP-N-ацетилглюкозамин в N-ацетилглюкозамин - пептид и UDP. Протон переводы происходят в фосфат и гистидин 498. Этот механизм стимулируется геном OGT, содержащим О-связанный N-ацетилглюкозаминтрансфераза. Помимо переноса протонов, реакция протекает в один этап, как показано на рисунке 2.[11] На рис. 2 в качестве представителя пептида с реактивной гидроксильной группой используется одинокий сериновый остаток. В механизме также мог использоваться треонин.

Ингибиторы

Много ингибиторы ферментативной активности OGT не сообщалось. Ингибирование OGT приводит к глобальному подавлению О-GlcNAc. Клетки, по-видимому, повышают регуляцию OGT и снижают регуляцию OGA в ответ на ингибирование OGT.[24]

5S-GlcNAc

Ac45S-GlcNAc превращается внутриклеточно в UDP-5S-GlcNAc, а ингибитор аналог субстрата OGT. UDP-5S-GlcNAc не эффективно используется OGT в качестве сахара-донора, возможно, из-за искажения пиранозного кольца за счет замены кислорода серой.[24] Поскольку другие гликозилтрансферазы используют UDP-GlcNAc в качестве сахара-донора, UDP-5S-GlcNAc оказывает некоторые неспецифические эффекты на гликозилирование клеточной поверхности.[25]

OSMI

OSMI-1 был впервые идентифицирован из высокопроизводительный скрининг с помощью поляризация флуоресценции.[25] Дальнейшая оптимизация привела к разработке OSMI-2, OSMI-3 и OSMI-4, которые связывают OGT с низким наномолярным сродством. Рентгеновская кристаллография показала, что хинолинон-6-сульфонамидный каркас соединений OSMI действует как уридин миметик. OSMI-2, OSMI-3 и OSMI-4 имеют отрицательный заряд карбоксилат группы; этерификация делает эти ингибиторы проницаемыми для клеток.[26]

Регулирование

Рисунок 3: Динамическая конкуренция между гликозилированием и фосфорилированием белков. A: Конкуренция между OGT и киназой за сериновую или треониновую функциональную группу белка. B: Занятость соседнего объекта, где О-GlcNAc и О-фосфатазы расположены рядом друг с другом и могут взаимно влиять на обмен или функцию белков. Круг G представляет собой N-ацетилглюкозаминовая группа, а кружок P представляет собой фосфатную группу. Рисунок адаптирован из Hart.[27]

О-GlcNAc трансфераза является частью динамической конкуренции за гидроксильную функциональную группу серина или треонина в пептидной единице. На рисунке 3 показан пример взаимной занятости одной и той же площадки и занятости соседней площадки. За занимаемую площадь на одной площадке OGT конкурирует с киназа катализировать гликозилирование белка вместо фосфорилирования. Пример занятости соседнего сайта показывает, что голый белок, катализируемый OGT, превращается в гликопротеин, который может увеличивать оборот белков, таких как репрессор опухолей p53.[27]

Посттрансляционная модификация белков посредством О-GlcNAc стимулируется глюкоза поток через гексозамин биосинтетический путь. OGT катализирует прикрепление О-GlcNAc группы к серину и треонину, в то время как О-GlcNAcase шпоры сахар удаление.[28][29]

Эта регуляция важна для множества клеточных процессов, включая: транскрипция, преобразование сигнала, и протеасомная деградация. Кроме того, существует конкурентное регулирование между OGT и киназой для связывания белка с фосфатной группой или О-GlcNAc, который может изменять функцию белков в организме посредством последующих эффектов.[16][28] OGT подавляет активность 6-фосфофруктозеканазы PFKL, опосредуя процесс гликозилирования. Затем это действует как часть гликолиз регулирование. О-GlcNAc был определен как негативный регулятор транскрипции в ответ на передачу сигналов стероидного гормона.[20]

Исследования показывают, что О-GlcNAc трансфераза напрямую взаимодействует с транслокацией Ten eleven 2 (TET2 ) фермент, превращающий 5-метилцитозин к 5-гидроксиметилцитозин и регулирует транскрипцию генов.[30] Кроме того, повышение уровня OGT для О-GlcNAcylation может оказывать терапевтическое действие на пациентов с болезнью Альцгеймера. Метаболизм глюкозы в головном мозге нарушается при болезни Альцгеймера, и исследования показывают, что это приводит к гиперфосфорилированию тау и дегеренации тау. О-GlcNCAcylation. Восполнение тау О-GlcNacylation в головном мозге вместе с протеинфосфатазой может сдерживать этот процесс и улучшать метаболизм глюкозы в мозге.[17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c ГРЧ38: Ансамбль выпуск 89: ENSG00000147162 - Ансамбль, Май 2017
  2. ^ а б c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000034160 - Ансамбль, Май 2017
  3. ^ "Справочник человека по PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  4. ^ "Ссылка на Mouse PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  5. ^ а б c Любас В.А., Франк Д.В., Краузе М., Ганновер Дж. А. (апрель 1997 г.). «О-связанная трансфераза GlcNAc представляет собой консервативный нуклеоцитоплазматический белок, содержащий тетратрикопептидные повторы». Журнал биологической химии. 272 (14): 9316–24. Дои:10.1074 / jbc.272.14.9316. PMID  9083068.
  6. ^ а б "Энтрез Джин: OGT О-связанный N-ацетилглюкозамин (GlcNAc) трансфераза (UDP-N-ацетилглюкозамин: полипептид-N-ацетилглюкозаминилтрансфераза) ".
  7. ^ Банерджи С., Роббинс П.В., Самуэльсон Дж. (Апрель 2009 г.). «Молекулярная характеристика нуклеоцитозольных трансфераз O-GlcNAc Giardia lamblia и Cryptosporidium parvum». Гликобиология. 19 (4): 331–6. Дои:10.1093 / glycob / cwn107. ЧВК  2733775. PMID  18948359.
  8. ^ Кларк AJ, Hurtado-Guerrero R, Pathak S, Schüttelkopf AW, Borodkin V, Shepherd SM, et al. (Октябрь 2008 г.). «Структурное понимание механизма и специфичности трансферазы O-GlcNAc». Журнал EMBO. 27 (20): 2780–8. Дои:10.1038 / emboj.2008.186. ЧВК  2556091. PMID  18818698.
  9. ^ Рао Ф.В., Дорфмюллер ХК, Вилла Ф, Олвуд М., Эгглстон И.М., ван Аалтен Д.М. (апрель 2006 г.). «Структурные сведения о механизме и ингибировании эукариотического гидролиза O-GlcNAc». Журнал EMBO. 25 (7): 1569–78. Дои:10.1038 / sj.emboj.7601026. ЧВК  1440316. PMID  16541109.
  10. ^ а б Халтивангер Р.С., Бломберг М.А., Харт Г.В. (май 1992 г.). «Гликозилирование ядерных и цитоплазматических белков. Очистка и характеристика уридиндифосфо-N-ацетилглюкозамина: полипептид бета-N-ацетилглюкозаминилтрансферазы». Журнал биологической химии. 267 (13): 9005–13. PMID  1533623.
  11. ^ а б c d е ж грамм час Lazarus MB, Nam Y, Jiang J, Sliz P, Walker S (январь 2011 г.). «Структура человеческой O-GlcNAc трансферазы и ее комплекса с пептидным субстратом». Природа. 469 (7331): 564–7. Bibcode:2011Натура.469..564L. Дои:10.1038 / природа09638. ЧВК  3064491. PMID  21240259.
  12. ^ Maynard JC, Burlingame AL, Medzihradszky KF (ноябрь 2016 г.). «Цистеин-S-связанный N-ацетилглюкозамин (S-GlcNAcylation), новая посттрансляционная модификация у млекопитающих». Молекулярная и клеточная протеомика. 15 (11): 3405–3411. Дои:10.1074 / mcp.M116.061549. ЧВК  5098038. PMID  27558639.
  13. ^ Горелик А., Бартуаль С.Г., Бородкин В.С., Варгезе Дж., Ференбах А.Т., ван Аалтен Д.М. (ноябрь 2019 г.). «Генетическое перекодирование для анализа роли сайт-специфичного белка O-GlcNAcylation». Структурная и молекулярная биология природы. 26 (11): 1071–1077. Дои:10.1038 / с41594-019-0325-8. ЧВК  6858883. PMID  31695185.
  14. ^ Fujiki R, Hashiba W., Sekine H, Yokoyama A, Chikanishi T., Ito S. и др. (Ноябрь 2011 г.). «GlcNAcylation гистона H2B облегчает его моноубиквитинирование». Природа. 480 (7378): 557–60. Bibcode:2011Натура.480..557F. Дои:10.1038 / природа10656. ЧВК  7289526. PMID  22121020.
  15. ^ Уилан С.А., Диас В.Б., Тирунелакантапиллай Л., Лейн М.Д., Харт Г.В. (февраль 2010 г.). «Регулирование инсулиновой передачи сигналов инсулина, опосредованной киназой инсулина 1 (IRS-1) / AKT-киназой, посредством O-связанного бета-N-ацетилглюкозамина в адипоцитах 3T3-L1». Журнал биологической химии. 285 (8): 5204–11. Дои:10.1074 / jbc.M109.077818. ЧВК  2820748. PMID  20018868.
  16. ^ а б c d "O15294 (OGT1_HUMAN) Проверено, UniProtKB / Swiss-Prot". UniProt.
  17. ^ а б Лю Ф, Ши Дж, Танимукай Х, Гу Дж, Гу Дж, Грундке-Икбал И. и др. (Июль 2009 г.). «Снижение O-GlcNAcylation связывает более низкий метаболизм глюкозы в головном мозге и патологию тау-белка при болезни Альцгеймера». Мозг. 132 (Pt 7): 1820–32. Дои:10.1093 / мозг / awp099. ЧВК  2702834. PMID  19451179.
  18. ^ Wysocka J, Myers MP, Laherty CD, Eisenman RN, Herr W (апрель 2003 г.). «Деацетилаза Sin3 человека и связанная с тритораксом гистона H3-K4 метилтрансфераза Set1 / Ash2 селективно связываются вместе фактором пролиферации клеток HCF-1». Гены и развитие. 17 (7): 896–911. Дои:10.1101 / gad.252103. ЧВК  196026. PMID  12670868.
  19. ^ Ян Х, Чжан Ф, Кудлоу Дж. Э. (июль 2002 г.). «Привлечение трансферазы O-GlcNAc к промоторам с помощью корепрессора mSin3A: связывание белка O-GlcNAclation с репрессией транскрипции». Клетка. 110 (1): 69–80. Дои:10.1016 / S0092-8674 (02) 00810-3. PMID  12150998.
  20. ^ а б Ян Х, Онгусаха П.П., Майлз П.Д., Хавстад Дж. К., Чжан Ф., Со В. В. и др. (Февраль 2008 г.). «Передача сигналов фосфоинозитидов связывает трансферазу O-GlcNAc с инсулинорезистентностью». Природа. 451 (7181): 964–9. Bibcode:2008Натура.451..964л. Дои:10.1038 / природа06668. PMID  18288188.
  21. ^ Шафи Р., Айер С.П., Эллис Л.Г., О'Доннелл Н., Марек К.В., Чуй Д. и др. (Май 2000 г.). «Ген трансферазы O-GlcNAc находится на Х-хромосоме и необходим для жизнеспособности эмбриональных стволовых клеток и онтогенеза мышей». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 97 (11): 5735–9. Bibcode:2000PNAS ... 97.5735S. Дои:10.1073 / pnas.100471497. ЧВК  18502. PMID  10801981.
  22. ^ Чен Кью, Чен И, Биан Ц, Фуджики Р., Ю Икс (январь 2013 г.). «TET2 способствует цилированию гистона O-GlcNA во время транскрипции гена». Природа. 493 (7433): 561–4. Bibcode:2013Натура 493..561C. Дои:10.1038 / природа11742. ЧВК  3684361. PMID  23222540.
  23. ^ Даоу С., Машталир Н., Хаммонд-Мартель И., Пак Х., Ю Х, Суй Дж. И др. (Февраль 2011 г.). «Перекрестное взаимодействие между O-GlcNAcylation и протеолитическим расщеплением регулирует путь созревания фактора-1 клетки-хозяина». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 108 (7): 2747–52. Bibcode:2011PNAS..108.2747D. Дои:10.1073 / pnas.1013822108. ЧВК  3041071. PMID  21285374.
  24. ^ а б Gloster TM, Zandberg WF, Heinonen JE, Shen DL, Deng L, Vocadlo DJ (март 2011 г.). «Взлом биосинтетического пути приводит к появлению ингибитора гликозилтрансферазы внутри клеток». Природа Химическая Биология. 7 (3): 174–81. Дои:10.1038 / nchembio.520. ЧВК  3202988. PMID  21258330.
  25. ^ а б Ортис-Меоз РФ, Цзян Дж., Лазарус МБ, Орман М., Джанецко Дж., Фан С. и др. (Июнь 2015 г.). «Небольшая молекула, которая подавляет активность OGT в клетках». ACS Химическая биология. 10 (6): 1392–7. Дои:10.1021 / acschembio.5b00004. ЧВК  4475500. PMID  25751766.
  26. ^ Martin SE, Tan ZW, Itkonen HM, Duveau DY, Paulo JA, Janetzko J, et al. (Октябрь 2018 г.). «Эволюция на основе структуры низкомолекулярных ингибиторов O-GlcNAc трансферазы». Журнал Американского химического общества. 140 (42): 13542–13545. Дои:10.1021 / jacs.8b07328. ЧВК  6261342. PMID  30285435.
  27. ^ а б Харт GW, Housley MP, Slawson C (апрель 2007 г.). «Цикл O-связанного бета-N-ацетилглюкозамина на нуклеоцитоплазматических белках». Природа. 446 (7139): 1017–22. Bibcode:2007Натура 446.1017Н. Дои:10.1038 / природа05815. PMID  17460662.
  28. ^ а б Ян Х, Су К., Роос, доктор медицины, Чанг К., Патерсон А.Дж., Кудлоу Д.Е. (июнь 2001 г.). «О-связывание N-ацетилглюкозамина с доменом активации Sp1 ингибирует его транскрипционную способность». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 98 (12): 6611–6. Bibcode:2001PNAS ... 98.6611Y. Дои:10.1073 / pnas.111099998. ЧВК  34401. PMID  11371615.
  29. ^ Love DC, Ганновер, JA (ноябрь 2005). «Путь передачи сигналов гексозамина: расшифровка» кода O-GlcNAc"". STKE науки. 2005 (312): re13. Дои:10.1126 / stke.3122005re13. PMID  16317114.
  30. ^ Тахилиани М., Кох К.П., Шен Й., пастор В.А., Бандуквала Х., Брудно Ю. и др. (Май 2009 г.). «Превращение 5-метилцитозина в 5-гидроксиметилцитозин в ДНК млекопитающих партнером MLL TET1». Наука. 324 (5929): 930–5. Bibcode:2009Sci ... 324..930T. Дои:10.1126 / наука.1170116. ЧВК  2715015. PMID  19372391.

внешняя ссылка

Сюзанна Уокер описывает Расщепление личности человека О-GlcNAc трансфераза во время семинара в NIH США, 18 апреля 2017 г.