Почему S-гликозилирование не может полноценно заменить природное O-гликозилирование
Гликозилирование белков — одна из важнейших посттрансляционных модификаций, которую можно использовать для улучшения различных свойств терапевтических белков и промышленных ферментов. Разные типы гликозилирования по-разному влияют на свойства и функции белков, и лучшее понимание механизмов этого влияния может дать ценное руководство для рационального гликоинжиниринга.
Исследователи из Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессов (QIBEBT) Китайской академии наук (CAS) и их коллеги выяснили, почему S-гликозилирование не может адекватно имитировать роль природного O-гликозилирования, и подчеркнули ключевую роль гликозидной связи в формировании функции гликозилирования.
Результаты опубликованы в International Journal of Biological Macromolecules.
В O-гликозилировании гликан присоединён к атому кислорода (O) боковой цепи серина (Ser) или треонина (Thr). В S-гликозилировании гликан присоединён к атому серы (S) боковой цепи цистеина (Cys).
Использование S-гликозилирования в качестве замены более распространённому O-гликозилированию может повысить устойчивость гликанов к химическому гидролизу и ферментативной деградации. Однако эти два типа гликозилирования оказывают различное влияние на свойства и функции белков.
Чтобы выяснить молекулярную основу наблюдаемых различий, исследователи провели систематический анализ различных гликозилированных форм модельного гликопротеина — углеводсвязывающего модуля (CBM) гриба Trichoderma reesei — с помощью ЯМР-спектроскопии и молекулярно-динамического моделирования.
Результаты показали, что S-связанный гликан обладает значительно большей гибкостью по сравнению с соответствующим гликаном в O-гликозилировании. В результате взаимодействия гликан-пептид ослабевают, что приводит к значительному снижению стабилизирующего эффекта и эффекта связывания субстрата по сравнению с O-гликозилированием.
Кроме того, было установлено, что изменённая способность к образованию водородных связей между гликаном и полипептидом — основная причина разной гибкости между S- и O-гликозилированием. Это может влиять на сродство гликозилированного CBM к субстрату, изменяя энтальпию и энтропию процесса связывания. Также был определён структурный и динамический механизм влияния второго гликана на белки.
«Наше исследование выявляет явные структурные и динамические различия между O- и S-гликозилированием, и эти различия могут приводить к значительным изменениям в эффектах гликозилирования», — сказал профессор Фэн Инган, соавтор исследования. — «При смене типа гликозилирования в белковом гликоинжиниринге необходима осторожность».