De eiwitten in menselijke cellen zijn uitgebreid versierd met verschillende soorten suikers, een fenomeen dat glycosylering wordt genoemd. Deze modificaties vergroten de diversiteit van de eiwitstructuur en -functie aanzienlijk, beïnvloeden hoe eiwitten vouwen, hoe ze zich gedragen, en waar ze heen gaan in cellen. Nieuw onderzoek dat zal worden gepubliceerd in de Tijdschrift voor biologische chemie op 22 september toont aan dat een zeldzaam type glycosylering de functie van een eiwit dat belangrijk is voor de menselijke ontwikkeling en kankerprogressie diepgaand beïnvloedt.

Eiwitglycosylering wordt N-gebonden of O-gebonden genoemd, afhankelijk van of de suiker is gehecht aan stikstof- of zuurstofhoudende plaatsen, respectievelijk. O-gebonden modificaties houden doorgaans in dat de suiker N-acetylgalactosamine wordt gehecht aan de aminozuren serine of threonine, glycosylaton van het "mucine-type" genoemd omdat ze vaak worden aangetroffen in eiwitten in slijmvliezen; samen met N-gebonden suikers, deze "canonieke" modificaties wijzigen duizenden verschillende soorten eiwitten.

Al meer dan 20 jaar, de onderzoeksgroep van Robert Haltiwanger, nu aan de Universiteit van Georgia, heeft veel zeldzamer type O-gebonden modificaties bestudeerd:hechting van de suikers glucose of fucose aan serine of threonine, een modificatie die slechts een paar honderd verschillende soorten eiwitten aantast. Een van deze eiwitten is Notch, een signaalreceptor die essentieel is voor celontwikkeling en -differentiatie en ontregeld is bij kankers zoals leukemie, borstkanker, en prostaatkanker.

"Het feit dat we deze suikers op Notch vonden, was intrigerend omdat Notch een heel belangrijk molecuul is, "Zei Haltiwanger. "Dus we waren benieuwd hoe deze suikers de stabiliteit en activiteit van [Notch] beïnvloeden."

De enzymen die verantwoordelijk zijn voor het modificeren van Notch met glucose en fucose worden POFUT1 en POGLUT1 genoemd. Haltiwangers team, onder leiding van Hideyuki Takeuchi, wilde precies weten waarom POFUT1 en POGLUT1 glucose en fucose aan Notch in cellen hechtten.

Als u een vlieg of muis genetisch manipuleert zonder POFUT1 of POGLUT1, Haltiwanger zei, "je krijgt een dode vlieg of een dode muis. Je verstoort het Notch-pad volledig; Notch is niet functioneel als je die suikers niet toevoegt. Er is in de loop der jaren veel werk geweest aan:waarom is dat? Wat is [de suiker] doen?"

Het nieuwe werk van Haltiwanger laat zien dat de fucose- en glucosemodificaties dienen als kwaliteitscontrolemarkers waarmee Notch naar zijn eindbestemming in het celmembraan kan worden getransporteerd. Toen de onderzoekers POFUT1 of POGLUT1 in celculturen uitschakelden met behulp van CRISPR/Cas-technologie, cellen vertoonden veel minder Notch op het celoppervlak. Toen beide enzymen werden uitgeschakeld, Notch was bijna volledig afwezig. Met behulp van aanvullende biochemische methoden, de onderzoekers ontdekten dat POFUT1 en POGLUT1 glucose en fucose pas aan delen van Notch hechtten nadat ze op een specifieke manier waren gevouwen.

"Het is als een stempel van goedkeuring, ' zei Haltiwanger. 'Dit deel is opgevouwen? Boom, je zet er een fucose op. En op de een of andere manier zegt dat tegen de cel:rotzooi hier niet meer mee. Laat het met rust. Als je de suiker niet toevoegt, [de Notch-eiwitten] komen vast te zitten in het endoplasmatisch reticulum, gedegradeerd worden, en laat je niet verstoppen."

Wetende dat deze suikers essentieel zijn voor Notch-activiteit, worden de enzymen die ze controleren, POFUT1 en POGLUT1, potentiële doelwitten voor kankerbehandelingen. Afhankelijk van of Notch bij een bepaalde kankersoort overactief of onvoldoende actief is, het manipuleren van de suikers die aan Notch worden toegevoegd, kan de ontregeling helpen corrigeren. Het team van Haltiwanger werkt momenteel aan het vinden van chemische verbindingen die POFUT1 en POGLUT1 zouden remmen waardoor Notch stopt met inbedden in het celmembraan en zijn signaleringsfuncties uitvoert. Ze proberen ook de details te ontrafelen van hoe de glucose- en fucose-modificaties samenwerken om de Notch-activiteit te verfijnen.

"Dat houdt ons bezig, ' zei Haltiwanger.