PNAS揭示鲜为人知的细胞调控

　　

——O-连接的N-乙酰葡糖胺(O-GlcNAc)修饰系统增加了细胞调节的复杂性，可能最终提供新药靶点。

生物通报道：阿尔茨海默症患者的大脑神经细胞被缠结的蛋白阻塞。科学家推测这些缠结现象产生的部分原因，是鲜为人知的细胞调节系统功能故障。而现在，对小鼠中这种调节系统的认识大幅提升了，这些信息将帮助科学家更好地理解阿尔茨海默症及其他一些人类疾病，并最终能为这些疾病的治疗方法提供新的靶向位点。

这篇题为“Tandem mass spectrometry identifies many mouse brain O-GlcNAcylated proteins including EGF domain-specific O-GlcNAc transferase targets”的文章，发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线版上。

研究人员找到了大量属于O-连接的N-乙酰葡糖胺O-GlcNAc(oh-GLIK-nak)糖基化细胞调节类型的蛋白，其数量至少是以前发现的一倍。O-GlcNAc糖基化修饰系统可以对作为脑细胞部件的蛋白，加上一层调控，而这种调控也许在糖代谢缺陷的阿尔茨海默症患者的大脑中呈现出紊乱的状态。

“我们发现了许多新蛋白，这将有助于提出细胞生物学新观点”，文章的第一作者，来自美国能源部旗下的西北太平洋国家实验室（Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory）的分析生化学家Feng Yang说，“我们认为O-GlcNAc糖基化是细胞的一种微调系统。”

除了找到几百种O-GlcNAc修饰的蛋白之外，研究团队还发现几乎所有的O-GlcNAc蛋白也同时受到一种最常见的蛋白调节类型，即通过小磷酸分子对蛋白功能进行开关调节的系统。这说明两种调节系统之间存在(比以往所知)更大的协同运作。

“这些结果显示生物机体操控的复杂程度，我们还知之甚少”，PNNL蛋白质组学主任的Richard D. Smith说，蛋白质组学研究者试图了解基于细胞蛋白数量和类型，细胞如何实现其功能的，这些被统称为蛋白质组学(PRO-tee-ohm)。

“早在进行人类基因组计划的时候，我们就曾提出疑问：这么少量的基因是怎样生成一个复杂的有机体，甚至仅仅是一个细胞，而我们DNA中小小的变异又如何能解释我们周围所见的多样性？显然蛋白质组学才是这一切的答案，”Smith说。

糖基化开关

蛋白质是细胞运作的功能元件。细胞内的调节系统通过给蛋白加上，或者去除蛋白上的小分子，来达到调控蛋白开关的目的，这就像是一个开关。最普遍的开关就是增加或去除磷酸基团，而且很久以前，生物学家就发现癌症或其他疾病中这些开关运行错误。相应的药物能通过影响磷酸化调节系统中的成分，来试图修正这些错误。

20年前，研究者发现O-GlcNAc这类糖基化修饰也能起到开关的作用，打开或关闭蛋白。科学家们发现的O-GlcNAc修饰的蛋白和其他一些糖基化或去糖基化的蛋白一样——都是调节系统的重要组成成分。

但他们无法获得足够的O-GlcNAc蛋白来得到所有的细胞调节信息。很少有蛋白“厌恶”小分子糖基，它们常常带有糖基化修饰，但是由于实验室的操作，导致这些糖基化修饰丢失。研究人员能通过增加组织和细胞培养样品，来弥补这一问题，但是他们也知道，如果想要了解现实情况下，比如临床样品中的这些修饰，还是需要在少量样品中找到这些糖基化修饰蛋白。

为了解决这些难题，Smith, Yang和来自PNNL，及4家研究机构的同事们，结合他们关于O-GlcNAc修饰的专业知识，以及PNNL中EMSL, DOE's 环境分子科学实验室的仪器，首先改进了小鼠脑组织蛋白纯化的方法，加强糖基与蛋白的结合。而后他们利用这些能在少量样品中检测到低丰度蛋白的仪器，进行了分析。

他们还在患有阿尔茨海默症工程小鼠的大脑样品中，采集糖基化点修饰蛋白（sugar-dotted proteins，生物通译），这些小鼠带有很多与人阿尔茨海默症相关的3个关键蛋白，包括Tau 蛋白，Tau 蛋白形成了脑神经细胞的标志性缠结。

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（生物通）