Molecular mechanisms for sorting lysosomal proteins
溶酶体蛋白分选的分子机制
基本信息
- 批准号:10521596
- 负责人:
- 金额:$ 47.5万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-07-10 至 2027-05-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAcidsActive SitesAddressAffectBindingBiochemicalBiological AssayCatalysisCatalytic DomainCodeCryoelectron MicroscopyDataDementiaDiseaseEF Hand MotifsEnzymesGenesGlycobiologyGlycoproteinsGoalsGolgi ApparatusHockeyHoloenzymesHumanHydrolaseHyperactivityI-Cell DiseaseIn VitroIntellectual functioning disabilityLeadLinkLipidsLocationLysosomesMannoseMannosidesMapsMembraneMental RetardationMetabolic DiseasesModelingMolecularMutagenesisMutateMutationN-acetylglucopyranosylamineNeurodegenerative DisordersPathologicPeripheralPhosphotransferasesPolysaccharidesProteinsPseudo-Hurler PolydystrophyReactionReportingResearchResolutionSeriesSignal TransductionSorting - Cell MovementStructureSystemTransferaseUniversitiesVertebratesWashingtonWorkautism spectrum disorderchemical reactionconformational conversiondesigndimerdisease-causing mutationenzyme activityflexibilityhuman diseasein vitro Assayin vitro activityin vivoinsightlysosomal proteinsmannose 6 phosphatemethyl mannosidemutantnervous system disordernovelpoly-N-acetyl glucosaminerecruit
项目摘要
Project Summary
The objective of this proposal is to gain mechanistic and pathological understanding of human GlcNAc-1-
phosphotransferase (PTase), an enzyme which modifies lysosomal hydrolases. Lysosomes contain several
dozen acid hydrolases that break down unwanted proteins and lipids. Lysosomal enzymes acquire a mannose-
6-P moiety in the Golgi apparatus by the action of PTase, which uses UDP-GlcNAc as a donor substrate. The
mannose-6-P functions like a zip code that guides the delivery of these enzymes to the lysosomes. PTase is
encoded by the GNPTAB and GNPTG genes and assembles a 340-kDa heterohexamer of α2β2γ2. PTase
selectively modifies lysosomal (but not non-lysosomal) glycoproteins transiting the ER–Golgi system. It has
been unclear how PTase catalyzes the GlcNAc-P transfer reaction and how it distinguishes lysosomal from
non-lysosomal glycoproteins. Mutations in the genes encoding PTase cause mucolipidosis II and III and lead to
abnormal body structure, mental retardation, and several neurological diseases. In preliminary studies, we
have determined the atomic structure of the catalytic core of the dimeric α2β2 subcomplex in the apo form. We
have identified an inhibitory hockey stick motif that moves in and out of the catalytic pocket in the absence of
substrates. We have also derived a nm-resolution cryo-EM 3D map of the holoenzyme. Building on these
strong preliminary studies, we propose to determine the structures of the catalytic core bound to the donor
substrate UDP-GlcNAc and the acceptor substrate mimic α-methylmannoside, and to perform structure-guided
mutagenesis and in vitro activity assays. These structure-function studies of the catalytic core will enable us to
formulate the unique phospho-glycosyl transfer reaction mechanism. We also propose to carry out systematic
mutational and functional assays to examine the many reported disease-causing mutations. Finally, we
propose to study the structures of a large lysosomal hydrolase-binding peripheral region and the γ-subunit of
the PTase holoenzyme and to explore how they interacts with selected substrate lysosomal hydrolases. The
proposed research will address the molecular mechanism of a key signaling pathay in glycobiology and will
provide molecular insights into how mutations in the PTase cause the associated human diseases.
项目概要
该提案的目的是获得对人类 GlcNAc-1- 的机制和病理学理解
磷酸转移酶(PTase),一种修饰溶酶体水解酶的酶,溶酶体含有多种酶。
分解不需要的蛋白质和脂质的十几种酸性水解酶获得甘露糖。
高尔基体中的 6-P 部分通过 PTase 的作用,使用 UDP-GlcNAc 作为供体底物。
甘露糖-6-P 的功能类似于邮政编码,引导这些酶递送至溶酶体。
由 GNPTAB 和 GNPTG 基因编码,并组装 PTase 的 340 kDa 异六聚体。
选择性修饰通过内质网-高尔基体系统的溶酶体(但不是非溶酶体)糖蛋白。
目前尚不清楚 PTase 如何催化 GlcNAc-P 转移反应以及它如何区分溶酶体和
非溶酶体糖蛋白编码 PTase 的基因突变会导致粘脂沉积症 II 和 III 并导致
在初步研究中,我们发现身体结构异常、智力低下和一些神经系统疾病。
确定了 apo 形式二聚 α2β2 亚复合物催化核心的原子结构。
已经确定了一种抑制性曲棍球棒基序,该基序在没有催化袋的情况下进出催化袋
我们还基于这些底物得出了全酶的纳米分辨率冷冻电镜 3D 图。
经过强有力的初步研究,我们建议确定与供体结合的催化核心的结构
底物UDP-GlcNAc和受体底物模拟α-甲基甘露糖苷,并进行结构引导
诱变和体外测定活性的这些催化核心的结构功能研究将使我们能够
我们还提出了系统化的独特的磷酸糖基转移反应机制。
突变和功能测定来检查许多报道的致病突变。
提议研究大溶酶体水解酶结合外围区域和 γ 亚基的结构
PTase 全酶并探索它们如何与选定的底物溶酶体水解酶相互作用。
拟议的研究将解决糖生物学中关键信号通路的分子机制,并将
提供关于 PTase 突变如何导致相关人类疾病的分子见解。
项目成果
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