Epithelial cells in the lining of the intestines play critical roles in maintaining homeostasis while challenged by dynamic and sudden changes in luminal contents. Given the high density of glycosylation that encompasses their extracellular surface, environmental changes may lead to extensive reorganization of membrane-associated glycans. However, neither the molecular details nor the consequences of conditional glycan changes are well understood. Here we assessed the sensitivity of Caco-2 and HT-29 membrane N-glycosylation to variations in (i) dietary elements; (ii) microbial fermentation products; and (ii) cell culture parameters relevant to intestinal epithelial cell growth and survival. Based on global LC-MS glycomic and statistical analyses, the resulting glycan expression changes were systematic, dependent upon the conditions of each controlled environment. Exposure to short chain fatty acids produced significant increases in fucosylation while further acidification promoted hyper-sialylation. Notably, among all conditions, increases of high mannose type glycans were identified as a major response when extracellular fructose, galactose, and glutamine were independently elevated. To examine the functional consequences of this discrete shift in the displayed glycome, we applied a chemical inhibitor of the glycan processing mannosidase, globally intensifying high mannose expression. The data reveal that upregulation of high mannose glycosylation has detrimental effects on basic intestinal epithelium functions by altering permeability, host-microbe associations, and membrane protein activities.

中文翻译：

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肠上皮糖基化反应对细胞外状况的变化有响应：对膜功能的影响

肠壁上皮细胞在维持体内平衡方面起着至关重要的作用，同时受到管腔内容物的动态和突然变化的挑战。考虑到高密度的糖基化作用涵盖了其细胞外表面，环境变化可能导致膜相关聚糖的广泛重组。但是，分子的细节和条件性聚糖变化的后果均未得到很好的理解。在这里，我们评估了Caco-2和HT-29膜N-糖基化对（i）饮食元素变化的敏感性。（ii）微生物发酵产品；（ii）与肠上皮细胞生长和存活有关的细胞培养参数。根据全球LC-MS糖组学和统计分析，得出的聚糖表达变化是系统的，取决于每个受控环境的条件。暴露于短链脂肪酸会导致岩藻糖基化显着增加，而进一步的酸化则会促进高唾液酸化。值得注意的是，在所有条件下，当细胞外果糖，半乳糖和谷氨酰胺独立升高时，高甘露糖型聚糖的增加被认为是主要的反应。为了检查展示的糖原中这种离散变化的功能后果，我们应用了聚糖加工甘露糖苷酶的化学抑制剂，从而在全球范围内增强了高甘露糖的表达。数据显示，高甘露糖糖基化的上调通过改变渗透性，宿主-微生物缔合和膜蛋白活性，对基本肠上皮功能具有有害作用。暴露于短链脂肪酸会导致岩藻糖基化显着增加，而进一步的酸化则会促进高唾液酸化。值得注意的是，在所有条件下，当细胞外果糖，半乳糖和谷氨酰胺独立升高时，高甘露糖型聚糖的增加被认为是主要的反应。为了检查展示的糖原中这种离散变化的功能后果，我们应用了聚糖加工甘露糖苷酶的化学抑制剂，从而在全球范围内增强了高甘露糖的表达。数据显示，高甘露糖糖基化的上调通过改变渗透性，宿主-微生物缔合和膜蛋白活性，对基本肠上皮功能具有有害作用。暴露于短链脂肪酸会导致岩藻糖基化显着增加，而进一步的酸化则会促进高唾液酸化。值得注意的是，在所有条件下，当细胞外果糖，半乳糖和谷氨酰胺独立升高时，高甘露糖型聚糖的增加被认为是主要的反应。为了检查展示的糖原中这种离散变化的功能后果，我们应用了聚糖加工甘露糖苷酶的化学抑制剂，从而在全球范围内增强了高甘露糖的表达。数据显示，高甘露糖糖基化的上调通过改变渗透性，宿主-微生物缔合和膜蛋白活性，对基本肠上皮功能具有有害作用。值得注意的是，在所有条件下，当细胞外果糖，半乳糖和谷氨酰胺独立升高时，高甘露糖型聚糖的增加被认为是主要的反应。为了检查展示的糖原中这种离散变化的功能后果，我们应用了聚糖加工甘露糖苷酶的化学抑制剂，从而在全球范围内增强了高甘露糖的表达。数据显示，高甘露糖糖基化的上调通过改变渗透性，宿主-微生物缔合和膜蛋白活性，对基本肠上皮功能具有有害作用。值得注意的是，在所有条件下，当细胞外果糖，半乳糖和谷氨酰胺独立升高时，高甘露糖型聚糖的增加被认为是主要的反应。为了检查展示的糖原中这种离散变化的功能后果，我们应用了聚糖加工甘露糖苷酶的化学抑制剂，从而在全球范围内增强了高甘露糖的表达。数据显示，高甘露糖糖基化的上调通过改变渗透性，宿主-微生物缔合和膜蛋白活性，对基本肠上皮功能具有有害作用。为了检查展示的糖原中这种离散变化的功能后果，我们应用了聚糖加工甘露糖苷酶的化学抑制剂，从而在全球范围内增强了高甘露糖的表达。数据显示，高甘露糖糖基化的上调通过改变渗透性，宿主-微生物缔合和膜蛋白活性，对基本肠上皮功能具有有害作用。为了检查展示的糖原中这种离散变化的功能后果，我们应用了聚糖加工甘露糖苷酶的化学抑制剂，从而在全球范围内增强了高甘露糖的表达。数据显示，高甘露糖糖基化的上调通过改变渗透性，宿主-微生物缔合和膜蛋白活性，对基本肠上皮功能具有有害作用。