Ученые раскрыли, почему фермент OGT критически важен для выживания клеток

Исследователи из Института иммунологии Ла-Хойя (LJI) наконец выяснили, как фермент O-GlcNAc трансфераза (OGT) поддерживает здоровье клеток. Их выводы, опубликованные в Proceedings of the National Academies of Sciences, раскрывают ключевой аспект клеточной биологии и могут привести к важным медицинским достижениям.

«Многие болезни связаны с функцией OGT, — говорит доктор философии Сян Ли, первый автор исследования. — Например, многие исследования показали аномальную функцию OGT при раке, диабете и сердечно-сосудистых заболеваниях».

Это первое исследование, которое показало, что OGT контролирует выживаемость клеток, регулируя критически важный белок mTOR.

Клетки полагаются на mTOR для работы своих энергетических станций — митохондрий. Без функционального mTOR клетки не справляются почти со всеми своими базовыми функциями, от синтеза белка до пролиферации. Неудивительно, что дисфункция mTOR также является отличительной чертой многих заболеваний.

«OGT важен для каждой клетки в организме, — объясняет Сэмюэл Майерс. — Благодаря этому исследованию у нас теперь есть модель, которую мы можем использовать в будущих исследованиях функций каждой части OGT».

Уникальность OGT

OGT — это фермент-трансфераза. Он выполняет гликозилирование, добавляя молекулы сахара к недавно синтезированным белкам. OGT уникален среди трансфераз, потому что модифицирует белки внутри клеток, а не на их поверхности.

Работа OGT настолько важна, что эмбриональные клетки погибают без него. Но до сих пор ученые не знали почему.

Существенная природа OGT — вот что делает его таким трудным для изучения. Ученые обычно изучают ферменты, создавая клетки, лишенные генов этих белков. Но с OGT такой эксперимент был бы невозможен, так как его удаление убивает клетки. «Мы знали, что OGT необходим для выживания клеток, но более 20 лет не знали почему», — говорит Ли.

Для нового исследования Ли смог обойти эту проблему, используя индуцибельную систему для удаления гена OGT. Он работал с эмбриональными стволовыми клетками мыши и использовал индуцибельную версию белка Cre для удаления гена OGT. Это позволило клеткам нормально расти до активации процесса, после чего клетки, потерявшие ген OGT, начинали останавливать пролиферацию и погибать.

Команда обнаружила, что удаление гена OGT привело к аномальному увеличению функции ключевого фермента mTOR, регулирующего метаболизм клеток. Удаление гена OGT также усилило важный, но потенциально опасный процесс в клетках — митохондриальное окислительное фосфорилирование.

Этот процесс является частью деликатного пути, позволяющего клеткам производить АТФ (молекулу, питающую клетку). АТФ может производиться гликолизом и митохондриальным окислительным фосфорилированием, и нарушение этого баланса может иметь разрушительные последствия для клеток.

К счастью, OGT защищает активность mTOR и здоровье митохондрий, обеспечивая плавный синтез белка и регулируя уровень аминокислот в клетках. Важно, что исследователи обнаружили ту же защитную роль OGT в CD8+ T-клетках, что предполагает аналогичный механизм работы фермента в различных типах клеток млекопитающих.

Спасение клеток

Даже дисфункциональные клетки, лишенные OGT, не были обречены навсегда. Ученые смогли «спасти» их с помощью передовой технологии редактирования генов CRISPR/Cas9.

Сян Ли обнаружил, что mTOR и митохондриальное окислительное фосфорилирование были гиперактивированы в клетках, лишенных OGT, и клетки можно было спасти, подавив их функцию.

Это хорошая новость для ученых, надеющихся узнать больше о роли OGT в организме. «Теперь, когда мы можем удалить ген OGT, сохраняя клетки живыми, мы можем попытаться восстановить только части OGT, чтобы узнать больше о том, как он работает», — говорит Майерс.

Ли надеется, что это открытие позволит исследователям глубже изучить роль OGT и потенциально найти терапевтические мишени для противодействия его аномальной активности. «В будущем мы надеемся, что наше исследование поможет пролить свет на проблемы, связанные с дисфункциональным OGT при раке и других заболеваниях».