Proteína O-GlcNAc transferasa
Gen codificador de proteínas en la especie Homo sapiens

OGT
Estructuras disponibles
APBúsqueda de ortólogos: PDBe RCSB
Identificadores
AliasOGT , HRNT1, O-GLCNAC, HINCUT-1, transferasa de N-acetilglucosamina (GlcNAc) ligada a O, OGT1, MRX106, XLID106
Identificaciones externasOMIM : 300255; MGI : 1339639; HomoloGene : 9675; Tarjetas genéticas : OGT; OMA :OGT - ortólogos
Ortólogos
EspeciesHumanoRatón
Entre

8473

108155

Conjunto

ENSG00000147162

ENSMUSG00000034160

Protección unificada

O15294

Q8CGY8

RefSeq (ARNm)

NM_003605
NM_181672
NM_181673
NM_025192

Número de serie 001290535 Número de
serie 139144

RefSeq (proteína)

NP_858058NP_858059
​

NP_001277464
NP_631883

Ubicación (UCSC)Cromosoma X: 71,53 – 71,58 MbCromosoma X: 100,68 – 100,73 Mb
Búsqueda en PubMed[3][4]
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La proteína O -GlcNAc transferasa también conocida como OGT o N-acetilglucosaminiltransferasa ligada a O es una enzima ( EC 2.4.1.255) que en los humanos está codificada por el gen OGT . [5] [6] La OGT cataliza la adición de la modificación postraduccional de O -GlcNAc a las proteínas . [7] [8] [9] [10] [5] [11]

Nomenclatura

Otros nombres incluyen:

  • O -GlcNAc transferasa
  • OGTasa
  • N -acetilglucosaminiltransferasa O -ligada
  • Uridina difosfo- N -acetilglucosamina:polipéptido β- N -acetilglucosaminiltransferasa

Nombre sistemático: UDP- N -α-acetil- d -glucosamina:[proteína]-3- O - N -acetil-β- d -glucosaminil transferasa

Función

O -GlcNAc transferasa
Identificadores
N.º CE2.4.1.255
Bases de datos
IntEnzVista de IntEnz
BRENDAEntrada de BRENDA
ExpasíVista de NiceZyme
BARRILEntrada de KEGG
MetaCiclovía metabólica
PRIAMOperfil
Estructuras del PDBRCSB AP APBE APSUMA
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PubMedartículos
Instituto Nacional de BiologíaProteínas

Glicosiltransferasa

La OGT cataliza la adición de una única N -acetilglucosamina a través de un enlace O -glucosídico a residuos de serina o treonina y un enlace S -glucosídico a residuos de cisteína [12] [13] de proteínas nucleocitoplasmáticas. Dado que tanto la fosforilación como la O -GlcNAcilación compiten por residuos de serina o treonina similares, los dos procesos pueden competir por sitios, o pueden alterar la especificidad del sustrato de sitios cercanos por efectos estéricos o electrostáticos. Se han encontrado dos variantes de transcripción que codifican isoformas citoplasmáticas y mitocondriales para este gen. [6] La OGT glicosila muchas proteínas, incluidas: Histona H2B , [14] AKT1 , [15] PFKL , [16] KMT2E/MLL5, [16] MAPT / TAU , [17] Factor de célula huésped C1 , [18] y SIN3A . [19]

La O -GlcNAc transferasa es parte de una serie de funciones biológicas dentro del cuerpo humano. OGT está involucrada en la resistencia de la insulina en células musculares y adipocitos al inhibir la fosforilación de treonina 308 de AKT1, aumentando la tasa de fosforilación de IRS1 (en serina 307 y serina 632/635), reduciendo la señalización de insulina y glicosilando componentes de señales de insulina. [20] Además, la O -GlcNAc transferasa cataliza la glicosilación intracelular de residuos de serina y treonina con la adición de N -acetilglucosamina. Los estudios muestran que los alelos OGT son vitales para la embriogénesis y que OGT es necesario para la glicosilación intracelular y la vitalidad de las células madre embrionarias . [21] La O -GlcNAc transferasa también cataliza la modificación postraduccional que modifica los factores de transcripción y la ARN polimerasa II , sin embargo, la función específica de esta modificación es en su mayoría desconocida. [22]

Proteasa

La OGT escinde el factor de célula huésped C1 en una o más de las 6 secuencias repetidas de 26 aminoácidos. El dominio TPR de la OGT se une a la porción carboxilo terminal de una repetición proteolítica de HCF1, de modo que la región de escisión se encuentra en el sitio activo de la glicosiltransferasa por encima de la uridina-difosfato-GlcNAc [11]. La gran proporción de OGT complejada con HCF1 es necesaria para la escisión de HCF1, y HCFC1 es necesaria para la estabilización de la OGT en el núcleo. HCF1 regula la estabilidad de la OGT mediante un mecanismo postranscripcional, sin embargo, el mecanismo de la interacción con HCFC1 aún se desconoce. [23]

Estructura

El gen OGT humano tiene 1046 residuos de aminoácidos y es un heterotrímero que consta de dos subunidades de 110 kDa y una subunidad de 78 kDa. [10] La subunidad de 110 kDa contiene 13 repeticiones de tetratricopéptidos (TPR); la repetición 13 está truncada. Estas subunidades están dimerizadas por las repeticiones de TPR 6 y 7. OGT se expresa en gran medida en el páncreas y también en el corazón , el cerebro , el músculo esquelético y la placenta . Se han encontrado trazas en el pulmón y el hígado . [5] Se han determinado los sitios de unión para la subunidad de 110 kDa. Tiene 3 sitios de unión en los residuos de aminoácidos 849, 852 y 935. El sitio activo probable está en el residuo 508. [16]

La estructura cristalina de la transferasa O -GlcNAc no se ha estudiado bien, pero se ha investigado la estructura de un complejo binario con UDP y un complejo ternario con UDP y un sustrato peptídico . [11] El complejo OGT-UDP contiene tres dominios en su región catalítica: el dominio amino ( N )-terminal, el dominio carboxi ( C )-terminal y el dominio intermedio (Int-D). La región catalítica está unida a repeticiones TPR por una hélice traduccional (H3), que forma un bucle desde el dominio C -cat al dominio N -cat a lo largo de la superficie superior de la región catalítica. [11] El complejo OGT-UDP-péptido tiene un espacio más grande entre el dominio TPR y la región catalítica que el complejo OGT-UDP. El péptido CKII, que contiene tres residuos de serina y un residuo de treonina, se une en este espacio. En 2021, un análisis CryoEM de 5Å reveló la relación entre los dominios catalíticos [24] y las regiones TPR intactas, lo que confirma la disposición de dímeros observada por primera vez en la estructura de rayos X de TPR solo. Esta estructura respalda un mecanismo bi-bi secuencial ordenado que coincide con el hecho de que "a concentraciones de péptidos saturantes, se obtuvo un patrón de inhibición competitiva para UDP con respecto a UDP-GlcNAc". [11]

Mecanismo de catálisis

El mecanismo molecular de la N -acetilglucosamina transferasa O -enlazada tampoco ha sido estudiado extensamente, ya que no existe una estructura cristalina confirmada de la enzima. Un mecanismo propuesto por Lazarus et al. está respaldado por patrones de inhibición del producto de UDP en condiciones de saturación de péptidos. Este mecanismo procede con materiales de partida difosfato de uridina N -acetilglucosamina y una cadena peptídica con un grupo hidroxilo de serina o treonina reactivo . La reacción propuesta es un mecanismo bi-bi secuencial ordenado. [11]

Figura 2: Mecanismo catalítico propuesto para la transferasa O -GlcNAc. Es un mecanismo bi-bi secuencial ordenado con un solo paso, que no incluye la transferencia de un protón. El péptido está representado por un residuo de serina con un grupo hidroxilo reactivo. [11]

La reacción química se puede escribir como:

  1. UDP- N -acetil- D -glucosamina + [proteína]- L -serina → UDP + [proteína]-3- O -( N -acetil- D -glucosaminil)- L -serina
  2. UDP- N -acetil- D -glucosamina + [proteína]- L -treonina → UDP + [proteína]-3- O -( N -acetil- D -glucosaminil)- L -treonina

En primer lugar, el grupo hidroxilo de la serina es desprotonado por la histidina 498, una base catalítica en esta reacción propuesta. La lisina 842 también está presente para estabilizar la fracción UDP . El ion oxígeno ataca entonces el enlace azúcar-fosfato entre la glucosamina y el UDP. Esto da como resultado la división de UDP- N -acetilglucosamina en N -acetilglucosamina - péptido y UDP. Las transferencias de protones tienen lugar en el fosfato y la histidina 498. Este mecanismo es estimulado por el gen OGT que contiene la N -acetilglucosamina transferasa ligada a O. Aparte de las transferencias de protones, la reacción se desarrolla en un solo paso, como se muestra en la Figura 2. [11] La Figura 2 utiliza un residuo de serina solitario como representante del péptido con un grupo hidroxilo reactivo. La treonina también podría haberse utilizado en el mecanismo.

Inhibidores

Se han descrito numerosos inhibidores de la actividad enzimática de la OGT. La inhibición de la OGT produce una regulación negativa global de la O -GlcNAc. Las células parecen regular positivamente la OGT y negativamente la OGA en respuesta a la inhibición de la OGT. [25]

5S-GlcNAc

La Ac 4 5 S -GlcNAc se convierte intracelularmente en UDP-5 S -GlcNAc, un inhibidor análogo del sustrato de OGT. La UDP-5 S -GlcNAc no se utiliza de manera eficiente como un azúcar donante por OGT, posiblemente debido a la distorsión del anillo de piranosa por el reemplazo de oxígeno con azufre. [25] Como otras glicosiltransferasas utilizan UDP-GlcNAc como un azúcar donante, la UDP-5 S -GlcNAc tiene algunos efectos no específicos sobre la glicosilación de la superficie celular. [26]

OSMI

OSMI-1 se identificó por primera vez a partir de un cribado de alto rendimiento utilizando polarización de fluorescencia . [26] Una optimización posterior condujo al desarrollo de OSMI-2, OSMI-3 y OSMI-4, que se unen a OGT con una afinidad nanomolar baja. La cristalografía de rayos X mostró que el andamiaje de quinolinona-6-sulfonamida de los compuestos OSMI actúa como un mimético de uridina . OSMI-2, OSMI-3 y OSMI-4 tienen grupos carboxilato cargados negativamente; la esterificación hace que estos inhibidores sean permeables a las células. [27]

Regulación

Figura 3: Competencia dinámica entre la glicosilación y la fosforilación de proteínas. A: Competencia entre la OGT y la quinasa por el grupo funcional serina o treonina de una proteína. B: Ocupación de sitios adyacentes donde la O -GlcNAc y la O -fosfatasa se encuentran una al lado de la otra y pueden influir en el recambio o la función de las proteínas de manera recíproca. El círculo G representa un grupo N -acetilglucosamina y el círculo P representa un grupo fosfato. Figura adaptada de Hart. [28]

La O -GlcNAc transferasa es parte de una competencia dinámica por un grupo funcional hidroxilo de serina o treonina en una unidad peptídica. La Figura 3 muestra un ejemplo tanto de ocupación recíproca del mismo sitio como de ocupación del sitio adyacente. Para la ocupación del mismo sitio, OGT compite con la quinasa para catalizar la glicosilación de la proteína en lugar de la fosforilación. El ejemplo de ocupación del sitio adyacente muestra la proteína desnuda catalizada por OGT convertida en una glicoproteína , que puede aumentar el recambio de proteínas como el represor tumoral p53. [28]

La modificación postraduccional de las proteínas por O -GlcNAc es estimulada por el flujo de glucosa a través de la vía biosintética de la hexosamina . La OGT cataliza la unión del grupo O -GlcNAc a la serina y la treonina, mientras que la O -GlcNAcase estimula la eliminación del azúcar . [29] [30]

Esta regulación es importante para múltiples procesos celulares, incluyendo la transcripción , la transducción de señales y la degradación proteasomal. Además, existe una regulación competitiva entre OGT y la quinasa para que la proteína se adhiera a un grupo fosfato o O -GlcNAc, que puede alterar la función de las proteínas en el cuerpo a través de efectos posteriores. [16] [29] OGT inhibe la actividad de la 6-fosfofructosequinasa PFKL al mediar el proceso de glicosilación. Esto luego actúa como parte de la regulación de la glucólisis . O -GlcNAc se ha definido como un regulador negativo de la transcripción en respuesta a la señalización de la hormona esteroide. [20]

Los estudios muestran que la transferasa O -GlcNAc interactúa directamente con la enzima translocación Ten eleven 2 ( TET2 ), que convierte la 5-metilcitosina en 5-hidroximetilcitosina y regula la transcripción génica. [31] Además, aumentar los niveles de OGT para la O -GlcNAcilación puede tener efectos terapéuticos para los pacientes con enfermedad de Alzheimer. El metabolismo de la glucosa cerebral se ve afectado en la enfermedad de Alzheimer, y un estudio sugiere que esto conduce a la hiperfosforilación de tau y la degeneración de la O -GlcNCAcilación de tau. La reposición de la O -GlcNacilación de tau en el cerebro junto con la proteína fosfatasa podría impedir este proceso y mejorar el metabolismo de la glucosa cerebral. [17]

Véase también

Referencias

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