核心岩藻糖基转移酶对糖蛋白α2,6唾液酸化修饰的调节作用及其机理研究

Fut8 and ST6Gal1 are glycosyltransferases (GTases) that catalyzed a core α1,6-fucosylation and an α2,6-sialylation respectively during the N-glycosylation pathway in mammalian cells. Aberrant expression of them in various disease states in human body have been detected, including cancer. However, the biological relationship between these two GTases remains unknown. Fut8 is a non-glycosylated protein but it responsible for the core fucosylation of ST6Gal1 protein. In our recent study, using Fut8 knockout mouse, we confirmed a remarkable increase of α2,6-sialylation from the serum, but the mRNA expression level of ST6Gal1 remain no change. All of these phenotypes suggest that Fut8 may play an important role in regulating the enzyme activity of ST6Gal1. In this project, we plan to use Fut8+/+ and Fut8-/- mice as models to clarify the regulation role of Fut8 on α2,6 sialylation by quantitatively analyzing the N-glycan in serum, liver and spleen, and also monitor the changes of their ST6Gal1 protein levels, glycosylation level and enzyme activity. These results will provide a novel idea for exploring role of glycosyltransferase in development of various disease.

Fut8和ST6Gal1分别是对蛋白质进行核心岩藻糖基化和α2,6唾液酸化修饰的糖基转移酶，它们在许多疾病包括癌症中异常表达，但二者究竟有何关联尚无报道。Fut8是非糖基化蛋白质，而ST6Gal1是核心岩藻糖基化蛋白质。前期研究发现： Fut8基因敲除鼠血清中核心岩藻糖基缺损，而α2,6唾液酸化修饰显著增加，但肝脏中ST6Gal1的mRNA表达量无变化，提示Fut8对ST6Gal1的酶活性及糖基化修饰具有重要调节作用，但机制不明。本课题拟利用Fut8野生、敲除鼠为研究对象，通过检测血清、肝脏、脾脏中蛋白质糖基化变化，阐明Fut8对各组织中糖蛋白α2,6唾液酸化修饰的调节作用；通过检测血清、肝脏、脾脏B细胞中的ST6Gal1表达量、酶活性及糖基化变化，阐明Fut8对小鼠血清中糖蛋白α2,6唾液酸化修饰的调节机制，该研究将为糖基转移酶在各种疾病中作用的研究提供新思路。

核心岩藻糖基转移酶（α1,6-fucosyltransferase, FUT8）是哺乳动物中催化核心岩藻糖合成的唯一转移酶，对糖蛋白发挥正常生理功能有重要调节作用。据报道，FUT8基因敲除（Fut8-/-）鼠有致死性、肺气肿样病变和生长缓慢等表型；转化生长因子β1和/或表皮生长因子受体岩藻糖基缺失会导致其各自配体的识别能力减弱，从而导致信号传导下调。.α2,6-唾液酸基转移酶（ST6GAL1）是催化α2,6-唾液酸基连接的主要转移酶。其定位于高尔基体，属于II型跨膜糖蛋白，具有两个N-糖基化位点（N146和N158），由403个氨基酸残基组成，分子量约为47kDa（膜结合型），能被一个共定位在高尔基体膜上的蛋白β-site APP-cleaving enzyme (BACE)1水解成分泌型ST6GAL1，分子量约为41kDa。N-糖基化修饰对ST6GAL1的催化活性至关重要，完全去除N-聚糖后，ST6GAL1会丧失活性。.类风湿关节炎（RA）是一种常见的慢性、全身性和复杂的炎性自身免疫疾病。目前，抗瓜氨酸蛋白抗体、类风湿因子等自身抗体广泛应用于RA的临床诊断，其中IgG糖基化的改变倍受关注。健康个体中，约10%的IgG抗体被唾液酸基化，然而RA患者中，这一比例显著降低，核心岩藻糖基化却明显升高。女性RA患者妊娠期α2,6-唾液酸基化IgG水平高于产后，与症状缓解有关。提示ST6GAL1和FUT8在RA免疫反应中起重要调节作用。.本项目中，我们采用糖组学方法研究了Fut8+/+和Fut8−/−鼠血清之间N-聚糖结构的差异。发现FUT8缺失后N-聚糖发生了显著变化；特别是Fut8−/−鼠中α2,6-唾液酸基化N-聚糖显著增加。尽管FUT8缺失对ST6GAL1的表达水平无影响，但后者在血清和肝脏中的催化活性均显著增加。另外，我们也发现RA患者血清中核心岩藻糖基化和FUT8表达增加，而α2,6-唾液酸基化和ST6GAL1催化活性显著降低。这些结果表明，FUT8通过调节ST6GAL1活性来调节糖蛋白的α2,6-唾液酸基化。这些发现将为进一步研究FUT8和ST6GAL1之间的相互作用提供新视角，为糖基转移酶在各种疾病中作用的研究提供了新思路。