董甦偉課題組在神經(jīng)突觸相分離相關(guān)糖蛋白的化學(xué)合成研究中取得進(jìn)展
yle="margin-top: 5px; text-indent: 28px; line-height: 25px; text-align: justify;">5月30日，學(xué)術(shù)期刊《Nature Chemistry》在線發(fā)表北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院陳興課題組與我院天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室、化學(xué)生物學(xué)系董甦偉課題組合作完成、題為 “O-GlcNAcylation modulates liquid-liquid phase separation of SynGAP/PSD-95”的研究成果。
細(xì)胞中除了膜包被的細(xì)胞器外，還存在一類無膜包被或者半膜包被、可以富集生物大分子的結(jié)構(gòu)，例如核仁、應(yīng)激顆粒（Stress granule），以及神經(jīng)元中的突觸后致密區(qū)（postsynaptic density, PSD)等。近年來的研究發(fā)現(xiàn)這類結(jié)構(gòu)一般是通過蛋白-蛋白或蛋白-RNA相互作用形成液–液相分離（Liquid-liquid phase separation, LLPS）而產(chǎn)生。大量研究表明，翻譯后修飾（post-translational modifications, PTMs）可以通過改變氨基酸殘基間的相互作用強度實現(xiàn)對LLPS的動態(tài)調(diào)控，從而在基因表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞對外在環(huán)境的壓力響應(yīng)、先天免疫應(yīng)答、神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生等方面發(fā)揮其重要作用。
盡管多種翻譯后修飾已被闡明可以參與LLPS的調(diào)控，糖基化修飾對其調(diào)控作用卻始終未被系統(tǒng)研究和闡釋。在解析不同器官與組織中糖基化修飾分布和生物學(xué)功能的研究中，陳興課題組發(fā)現(xiàn)PSD的重要組成蛋白SynGAP具有多個O-GlcNAc修飾位點，結(jié)合此前南方科技大學(xué)張明杰課題組觀察到SynGAP與PSD中腳手架蛋白PSD-95所形成復(fù)合物可發(fā)生液-液相分離的現(xiàn)象，研究團(tuán)隊推測O-GlcNAc糖基化修飾可能與該LLPS過程相關(guān)?；诖?，陳興課題組、董甦偉課題組、張明杰課題組等協(xié)作攻關(guān)，闡明了O-GlcNAc修飾對SynGAP/PSD95液–液相分離過程的調(diào)控和分子機制。其中，董甦偉課題組利用化學(xué)半合成策略獲取了特定位點具有O-GlcNAc修飾的均質(zhì)SynGAP蛋白，在天然蛋白所含多個糖基化位點中，確證了調(diào)控其液-液相分離現(xiàn)象的關(guān)鍵修飾位點。
在所鑒定到的眾多O-GlcNAc修飾位點中，研究團(tuán)隊選定了位于SynGAP蛋白CC-PBM結(jié)構(gòu)域1159位絲氨酸（S1159）與1306位蘇氨酸（T1306）兩個位點進(jìn)行深入研究（圖1a）：利用表達(dá)蛋白連接（expressed protein ligation, EPL）策略，合成得到S1159與T1306位點特異O-GlcNAc修飾的SynGAP CC-PBM蛋白（圖1b）；通過液滴成像實驗與沉淀離心實驗，證明SynGAP-T1306OG可以完全抑制LLPS發(fā)生（圖1c）。結(jié)合同源結(jié)構(gòu)模擬與體積排阻-靜態(tài)光散射分析，他們提出SynGAP蛋白T1306位點的O-GlcNAc修飾通過阻礙T1306與PSD-95蛋白369位組氨酸間形成氫鍵，破壞蛋白相互作用進(jìn)而阻礙LLPS形成，并在細(xì)胞內(nèi)驗證了該機理（圖1d-e）。
圖1?? SynGAP蛋白O-GlcNAc位點鑒定，蛋白合成與抑制LLPS機理
O-GlcNAc修飾通常是亞化學(xué)計量，即修飾率不足100%。那么亞化學(xué)計量的O-GlcNAc修飾是否能夠有效調(diào)控LLPS呢？為了回答這一問題，研究團(tuán)隊進(jìn)一步利用化學(xué)合成所得位點特異、均一修飾的PSD-95蛋白，通過混合不含糖基修飾蛋白得到O-GlcNAc修飾比例不同的一系列樣品，從而模擬出不同修飾率探究其對LLPS的影響：結(jié)果顯示不同修飾率（10% ~ 100%）均可產(chǎn)生不同程度的抑制作用；同時發(fā)現(xiàn)， O-GlcNAc對于LLPS的抑制呈現(xiàn)出顯性負(fù)調(diào)控（dominant-negative effect）的特征（圖2a-b）。此外，O-GlcNAc修飾可以通過加入O-GlcNAc轉(zhuǎn)移酶OGT或去修飾酶OGA動態(tài)調(diào)節(jié)O-GlcNAc水平，從而實現(xiàn)對與LLPS抑制的動態(tài)可逆調(diào)控（圖2c）。
圖2??O-GlcNAc修飾對LLPS的顯性負(fù)調(diào)控與OGA動態(tài)調(diào)控
該工作為詮釋O-GlcNAc修飾在調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育與突觸可塑性等過程中的重要功能提供一個新的機制，同時也為探索O-GlcNAc修飾在其他液-液相分離過程的調(diào)控作用提供了新的思路。
該項研究獲得科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目資助。北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院已畢業(yè)博士生呂品歐、杜逸飛和藥學(xué)院已畢業(yè)博士生賀長棟為該論文的共同第一作者，陳興教授和董甦偉研究員為共同通訊作者。
研究團(tuán)隊部分成員合影 (從左至右：賀長棟，董甦偉)
原文連接：https://www.nature.com/articles/s41557-022-00946-9
【董甦偉研究員簡介】
董甦偉，博士，北京大學(xué)研究員、博士生導(dǎo)師，藥學(xué)院化學(xué)生物學(xué)系主任、天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室課題組長。入選國家海外高層次青年人才、北京市優(yōu)秀青年人才。長期致力于蛋白質(zhì)化學(xué)合成和糖基化功能研究、多肽及蛋白藥物的合成及改造，以第一作者或通訊作者身份在Science、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Sci.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.等學(xué)術(shù)刊物發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文；作為負(fù)責(zé)人獲國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金項目、北京市自然科學(xué)基金杰出青年基金項目等資助。先后獲得 “中國藥學(xué)會-施維雅”青年藥物化學(xué)獎、中國化學(xué)會糖化學(xué)青年學(xué)者獎等獎勵。
天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室 供稿
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com