蛋白磷酸化、泛素化以及糖基化
尽管OGT和O-GlcNAc修饰的蛋白质同时存在于细胞核和细胞质,但本研究发现OGT在高度恶性HCC细胞中主要定位于细胞核,促使作者将注意力集中在这种酶的转录调节功能上。
由于结构分析没有发现DNA结合结构域,预计OGT通过与其他染色质复合物相互作用而不是直接与DNA结合来与染色质相关。作者的研究组和其他研究组的蛋白质组学分析已经证明,OGT与多个转录、表观遗传和染色质重塑复合物协调配合,并可能在这些调控机制的组装中充当支架蛋白。
作为催化大量底物的O-GlcNAcylation的唯一酶,这种独特的特性使得OGT能够在同一平台上招募多样的底物,并减少这些相互作用体之间的距离以组装复合物。有趣的是,在不同转移潜能的HCC细胞中,OGT的相互作用组有明显的差异。OGT与高度转移性的97H细胞中的HCFC1结合比与97L细胞中的HCFC1结合更强。大约一半的核内OGT被认为存在于与辅助因子HCF1形成的复合物中,这可能将OGT与染色质连接起来。相应地,在97H细胞中观察到转录调控、染色质组织、肿瘤黏附和侵袭途径中的OGT合作伙伴的数量增加,提示HCFC1在塑造OGT蛋白质相互作用网络中发挥作用。从这个角度来看,相互作用体可能会影响OGT染色质结合以及随后的转录程序。最近,有报道称OGT整合其催化和非催化功能,以控制细胞生理状态。鉴于此,提出了一个问题,即OGT在癌症相关基因转录中如何发挥作用,例如通过修饰调节机器的一个或多个组分,或者作为一个多功能的中心蛋白质招募相互作用体;这个答案需要进一步阐明。
作者的数据显示,ZNF263可以介导OGT基因组占据并激活下游基因表达,从而赋予HCC细胞恶性表型。Cys2-His2锌指蛋白构成了最大且最神秘的人类转录因子类,其中许多成员可以发生O-GlcNAcylation修饰。像SP1、YY1和Snail等已被广泛研究的成员一样,ZNF263在HCC细胞中与OGT相互作用并发生O-GlcNAcylation修饰也不足为奇。先前的研究表明,ZNF263对其靶基因的转录调控可能同时具有正面和负面影响。我们推测,ZNF263的O-GlcNAcylation对个体基因表达的影响可能是多样的,可能在组织和部位特异性的方式下发生变化。作为C端域,ZF9具有天然的高活动性,分子动力学模拟结果表明了极端的状态,这是DNA结合的一个不利因素。经O-GlcNAcylation修饰的残基S662位于ZF9的β-折叠上,结构上与DNA距离较远。然而,结构分析显示,ZF9的高活动性使得糖基团通过氢键和其他相互作用与DNA发生相互作用,从而稳定高度不稳定的C端域。从这个角度来看,糖基化对ZNF263与DNA的相互作用做出了重要贡献。通过位点特异性的功能分析,我们揭示了S662位点的O-GlcNAcylation促进了ZNF263在HCC细胞中的核内转位,并增强了其与染色质的结合能力,从而促进了众多促癌基因的表达并作为转录激活因子。与此结果一致,此转录因子此前被突出显示为一个肿瘤激活因子,并确定在HCC中传递致癌信号,诱导对凋亡的抵抗性。作者的ChIP-seq和共定位分析进一步证明,在高度恶性HCC细胞中,这个转录因子被高度O-GlcNAc修饰,并与OGT在特定的基因启动子区域共定位。糖基化缺失破坏了ZNF263的染色质结合,进而减少了OGT的累积。这进一步导致HCC细胞体外和体内的增殖和转移减少,表明经O-GlcNAcylation修饰的ZNF263是HCC治疗的一个有希望的靶点。这些结果也表明,OGT通过其催化功能调节了依赖ZNF263的癌症促进基因的转录。然而,考虑到不同程度的恶性HCC细胞表达相似水平的ZNF263蛋白质,OGT如何在不同HCC细胞中识别其相互作用体或底物的机制仍然不清楚,这对于未来的研究来说是至关重要的。