New tools for studying GlcNAc biology

研究 GlcNAc 生物学的新工具

基本信息

  • 批准号:
    9814544
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50.38万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-01 至 2022-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract The goal of this project is to develop accessible and effective methods to monitor the levels and interaction partners of GlcNAc-containing glycoconjugates. N-acetylglucosamine (GlcNAc) is a monosaccharide found in many classes of mammalian glycoconjugates. Addition of GlcNAc to serine and threonine residues forms the intracellular O-GlcNAc modification, and GlcNAc is also incorporated into many extracellular glycoconjugates including N-linked glycans and GalNAc-type glycans. Incorporation of GlcNAc into glycoconjugates is catalyzed by the activity of N-acetylglucosaminyltransferases (GlcNAc-transferases) that transfer GlcNAc from the donor UDP-GlcNAc to (glyco)protein and (glyco)lipid acceptors. UDP-GlcNAc is produced through the nutrient-sensing hexosamine biosynthetic pathway, which integrates information about carbohydrate, protein, lipid, and nucleotide availability. UDP-GlcNAc levels regulate production of key glycan structures, namely O- GlcNAcylation and N-linked glycan branching, which in turn control essential signal transduction pathways. Thus, GlcNAc-containing glycans represent a crucial link between metabolic state and cellular signaling. However, cell-based methods to characterize the levels and interaction partners of these molecules remain inadequate. Aim 1 will deliver non-invasive, non-perturbing fluorescent and luminescent reporters of intracellular O-GlcNAc levels. This Aim builds on the discovery that splicing of the O-GlcNAc transferase (OGT) transcript responds rapidly to changes in O-GlcNAc levels. Aims 2-4 improve upon previously reported photocrosslinking sugar technology, in which the diazirine photoactivatable crosslinking group is installed on GlcNAc residues in living cells. Aim 2 will make this technology easier to use by simplifying the reagents, improving crosslinking yield, and facilitating purification of crosslinked complexes. Aim 3 will make this technology broader in scope by introducing photocrosslinking GlcNAc into additional classes of glycoconjugates, including N-linked glycans. Aim 4 will make the technology more powerful by developing a mass spectrometry strategy to identify not only the identity of the sites of the binding partners, but also the sites of crosslinking. The mass spectrometry-based approach to crosslinking analysis will capture molecular details of O-GlcNAc-dependent interactions that occur in living cells. The reagents and methods developed in this proposal will be shared with other research groups to enable study of a wide variety of O-GlcNAcylation and N-glycosylated proteins with diverse biological functions. The proposed work prioritizes approaches that are simple to implement and make use of “off-the-shelf” reagents and procedures. Making these methods available to the broad biomedical community is significant because dysregulation of GlcNAc-containing glycoconjugates is associated with multiple disease states including diabetes, neurodegenerative disease, and cancer.
项目概要/摘要 该项目的目标是开发可访问且有效的方法来监测水平和相互作用 含有 GlcNAc 的糖复合物的伙伴是 N-乙酰葡糖胺 (GlcNAc) 是一种单糖。 许多类别的哺乳动物糖缀合物。GlcNAc 添加至丝氨酸和苏氨酸残基形成了 细胞内 O-GlcNAc 修饰,并且 GlcNAc 也掺入许多细胞外糖缀合物中 包括 N 连接聚糖和 GalNAc 型聚糖 将 GlcNAc 掺入糖复合物中。 由 N-乙酰氨基葡萄糖转移酶(GlcNAc 转移酶)的活性催化,将 GlcNAc 从 (糖)蛋白和(糖)脂质受体的供体UDP-GlcNAc是通过以下过程产生的。 营养感应己糖胺生物合成途径,整合了碳水化合物、蛋白质、 脂质和核苷酸的可用性调节关键聚糖结构(即 O-)的产生。 GlcNA 酰化和 N 连接聚糖分支,进而控制重要的信号转导途径。 因此,含有 GlcNAc 的聚糖代表了代谢状态和细胞信号传导之间的关键联系。 然而,基于细胞的方法来表征这些分子的水平和相互作用伙伴仍然存在 目标 1 将提供非侵入性、非扰动的荧光和发光产生器。 该目标建立在 O-GlcNAc 转移酶剪接的发现之上。 (OGT) 转录物对 O-GlcNAc 水平的变化做出快速反应,目标 2-4 比之前报道的有所改进。 光交联糖技术,其中二氮丙啶光活化交联基团安装在 活细胞中的 GlcNAc 残留物将通过简化试剂使该技术更易于使用, 提高交联产率并促进交联复合物的纯化将实现这一目标。 通过将光交联 GlcNAc 引入其他类别,技术范围更加广泛 糖缀合物,包括 N-连接聚糖,Aim 4 将通过开发一种更强大的技术。 质谱策略不仅可以识别结合伙伴位点的身份,还可以识别 基于质谱的交联分析方法将捕获分子。 活细胞中发生的 O-GlcNAc 依赖性相互作用的详细信息。 该提案将与其他研究小组共享,以便能够研究各种 O-GlcNAcylation 以及具有多种生物功能的 N-糖基化蛋白质。 实施这些方法很简单,并且可以使用“现成的”试剂和程序。 由于 GlcNAc 的失调,对广泛的生物医学界来说是重要的 糖复合物与多种疾病状态相关,包括糖尿病、神经退行性疾病和 癌症。

项目成果

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