Le proteine ​​nelle cellule umane sono ampiamente decorate con diversi tipi di zuccheri, un fenomeno chiamato glicosilazione. Queste modifiche aumentano notevolmente la diversità della struttura e della funzione delle proteine, influenzando il modo in cui le proteine ​​si ripiegano, come si comportano, e dove vanno nelle celle. Nuova ricerca che sarà pubblicata nel Journal of Biological Chemistry il 22 settembre dimostra che un raro tipo di glicosilazione influenza profondamente la funzione di una proteina importante per lo sviluppo umano e la progressione del cancro.

La glicosilazione proteica è chiamata N-linked o O-linked, a seconda che lo zucchero sia attaccato a siti contenenti azoto o ossigeno, rispettivamente. Le modifiche legate all'O implicano tipicamente che lo zucchero N-acetilgalattosamina sia attaccato agli amminoacidi serina o treonina, detti glicosilatoni "di tipo mucinico" perché si trovano comunemente nelle proteine ​​delle membrane mucose; insieme a zuccheri N-linked, queste modifiche "canoniche" modificano migliaia di diversi tipi di proteine.

Da oltre 20 anni, Il gruppo di ricerca di Robert Haltiwanger, ora all'Università della Georgia, ha studiato un tipo molto più raro di modificazioni legate all'O:attaccamento degli zuccheri glucosio o fucosio a serina o treonina, una modificazione che interessa solo poche centinaia di tipi diversi di proteine. Una di queste proteine ​​è Notch, un recettore di segnalazione che è essenziale per lo sviluppo e la differenziazione cellulare ed è disregolato in tumori come la leucemia, tumore al seno, e cancro alla prostata.

"Il fatto che abbiamo trovato questi zuccheri su Notch è stato intrigante perché Notch è una molecola molto importante, "Ha detto Haltiwanger. "Quindi siamo stati curiosi di sapere come questi zuccheri influenzano la stabilità e l'attività [di Notch]".

Gli enzimi responsabili della modifica di Notch con glucosio e fucosio sono chiamati POFUT1 e POGLUT1. La squadra di Haltiwanger, guidato da Hideyuki Takeuchi, voleva sapere esattamente perché POFUT1 e POGLUT1 stavano attaccando glucosio e fucosio a Notch nelle cellule.

Se ingegnerizzi geneticamente una mosca o un topo senza POFUT1 o POGLUT1, Haltiwanger ha detto, "ottieni una mosca morta o un topo morto. Interrompi completamente il percorso di Notch; Notch non è funzionale se non aggiungi quegli zuccheri. C'è stato molto lavoro nel corso degli anni su:perché è questo? Che cos'è [il zucchero] facendo?"

Il nuovo lavoro di Haltiwanger mostra che le modificazioni del fucosio e del glucosio fungono da marcatori di controllo della qualità che consentono a Notch di essere trasportato alla sua destinazione finale nella membrana cellulare. Quando i ricercatori hanno eliminato POFUT1 o POGLUT1 nelle colture cellulari utilizzando la tecnologia CRISPR/Cas, le cellule hanno mostrato molto meno Notch sulla superficie delle cellule. Quando entrambi gli enzimi sono stati eliminati, Notch era quasi del tutto assente. Utilizzando ulteriori metodi biochimici, i ricercatori hanno scoperto che POFUT1 e POGLUT1 attaccano glucosio e fucosio a porzioni di Notch solo dopo che si sono piegate in un modo specifico.

"È come un timbro di approvazione, "Ha detto Haltiwanger. "Questa parte è piegata? Boom, ci metti un fucose. E in qualche modo questo dice al cellulare:non scherzare più con questo. Lascialo da solo. Se non aggiungi lo zucchero, [le proteine ​​Notch] rimangono bloccate all'interno del reticolo endoplasmatico, degradarsi, e non farti nascondere."

Sapere che questi zuccheri sono essenziali per l'attività di Notch rende gli enzimi che li controllano, POFUT1 e POGLUT1, potenziali bersagli per i trattamenti contro il cancro. A seconda che Notch sia iperattivo o insufficientemente attivo in un particolare tumore, manipolare gli zuccheri aggiunti a Notch potrebbe aiutare a correggere la disregolazione. Il team di Haltiwanger sta attualmente lavorando alla ricerca di composti chimici che inibirebbero POFUT1 e POGLUT1, impedendo così a Notch di inserirsi nella membrana cellulare e di svolgere le sue funzioni di segnalazione. Stanno anche cercando di svelare i dettagli di come le modifiche del glucosio e del fucosio lavorano insieme per mettere a punto l'attività di Notch.

"Questo ci terrà occupati, "Ha detto Haltiwanger.