港中大吴潍龙团队JACS：靶向蛋白糖基化修饰

蛋白质的翻译后修饰，如磷酸化、糖基化、乙酰化等等极大的增加了蛋白的功能多样性，从而影响众多生命过程并可能导致疾病发生。近日，香港中文大学医学院药剂学院的吴潍龙（点击查看介绍）团队开发了一种新型分子在活细胞内诱导提高特定靶蛋白的O-GlcNAc糖基化修饰。该方法可以加深人们对蛋白O-GlcNAc糖基化功能的理解，并证明了人为对其进行干预调控的可行性。这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是香港中文大学医学院药剂学院的博士研究生马博文和Khadija Shahed Khan。欢迎广大读者、研究人员联系交流（billyng@cuhk.edu.hk），吴教授将无偿提供相关质粒、探针分子以作研究用途。

氧连接的N-乙酰葡糖胺（O-linked β-N-acetylglucosamine，O-GlcNAc）修饰是一种广泛发生在细胞内蛋白的丝氨酸与苏氨酸上的翻译后修饰。该糖基化修饰已被发现存在于5000多种人类蛋白，并在包括酶活性、能量代谢、转录调控、亚细胞定位、蛋白稳定性等方面调控蛋白功能。然而，O-GlcNAc 转移酶（OGT）和水解酶（OGA）是唯一一对调控该糖基化的加成与去除，想要单独研究某一特定蛋白的糖基化功能非常困难。为解决这一难题，香港中文大学药剂学院的吴潍龙团队发展了一种化学遗传学的方法，利用双功能小分子诱导OGT与靶蛋白的空间邻近，从而提高特定靶蛋白的糖基化水平。与现有方法不同的是，该方法可以快速、定量、可逆的在活细胞内提高指定靶蛋白的糖基化，为下游的生物学研究提供了重要的化学生物学工具支持。

文章中设计发展了名为OGTAC（O-GlcNAcylation TArgeting Chimeras）的双功能分子，该分子包含OGT结合结构、靶蛋白结合结构以及连接子（linker）三个部分。OGTAC-1和OGTAC-4代表着两种不同目的糖基化诱导分子。OGTAC-1通过同时结合OGT与标签蛋白HaloTag，从而诱导其空间邻近，提高任意与HaloTag标签融合表达的靶蛋白的糖基化水平。文中验证了它可提高与HaloTag融合表达的BRD4、CK2ɑ、EZH2蛋白的糖基化，另外目前市场上有多于20000种的HaloTag标签融合的目标蛋白质粒可供快速的试验。与之不同的是OGTAC-4同时结合OGT与BRD4蛋白自身的结构域，从而专门用于提高BRD4蛋白的糖基化，其有效浓度在纳摩尔级别（3 nM）。为提高该方法在生物学研究的实用性，作者还通过建立截短型的OGT进一步提高诱导糖基化的靶向特异性；此外也证明了诱导提升糖基化的可逆性。

图1. 双功能分子OGTACs通过诱导OGT或截短型OGT与靶蛋白的空间邻近，从而特异性上调其糖基化修饰水平。

总之，OGTAC技术为O-GlcNAc糖基化研究领域提供了新的工具，帮助更快的实现这一重要翻译后修饰的功能解析，并为靶向O-GlcNAc糖基化的医疗技术开发提供了新方向。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Targeted Protein O-GlcNAcylation Using Bifunctional Small Molecules

Bowen Ma, Khadija Shahed Khan, Tongyang Xu, Josefina Xeque Amada, Zhihao Guo, Yunpeng Huang, Yu Yan, Henry Lam, Alfred Sze-Lok Cheng, and Billy Wai-Lung Ng*

J. Am. Chem. Soc. 2024, DOI: 10.1021/jacs.3c14380

吴潍龙教授介绍

吴潍龙，香港中文大学医学院药剂学院博士生导师。本科及博士均毕业于香港中文大学，并先后在麻省理工、牛津大学以及哈佛大学进行深造。研究领域为化学生物学及小分子药物研发，致力于抗病毒,神经退行性疾病及癌症相关研究。其研究成果发表在JACS, ACS Central Science、Angewandte Chemie International Edition、Cancer Research、Nature Chemical Biology等期刊，并持有10项美国专利。担任Science Translational Medicine、Nature Chemical Biology、Nature Biotechnology、Science Advance等期刊审稿人。吴教授曾获生物医药青年研究者奖、美国国家医学院健康长寿催化剂奖和欧盟居里夫人学者，还被世界经济论坛授予2022年全球青年领袖称号。

Lab website: 

https://ngwailung.com/ 

吴潍龙

https://www.x-mol.com/groups/ngwailung 

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