國(guó)自然研究熱點(diǎn)解析|“O-GlcNAc糖基化修飾”：拿基金發(fā)paper都靠它！

蛋白質(zhì)翻譯后修飾（Post-Translational Modification, PTM）是細(xì)胞調(diào)控的重要機(jī)制，分別通過(guò)添加、去除或更換不同的化學(xué)基團(tuán)來(lái)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)。常見(jiàn)的PTM包括：磷酸化、糖基化、甲基化、乙酰化、泛素化等。其中糖基化是生理和病理細(xì)胞功能的關(guān)鍵，參與許多關(guān)鍵的生物學(xué)過(guò)程，包括細(xì)胞粘附、分子運(yùn)輸和清除、受體激活、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和內(nèi)吞作用。

根據(jù)蛋白質(zhì)糖基化發(fā)生的氨基酸殘基可以分為N-連接、O-連接和C-連接的糖基化修飾。其中O-GlcNAcylation是一種特定的糖基化修飾，其中N-乙酰氨基葡萄糖（O-GlcNAc）通過(guò)羥基（-OH）基團(tuán)與蛋白質(zhì)中的絲an酸（Ser）或蘇an酸（Thr）殘基相結(jié)合。這種修飾在調(diào)節(jié)細(xì)胞功能、代謝以及細(xì)胞響應(yīng)壓力方面起著關(guān)鍵作用。

圖1. 蛋白質(zhì)糖基化修飾類型及其對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的影響

國(guó)自然熱點(diǎn)

對(duì)O-GlcNAc的研究越來(lái)越受到重視，反映在資金支持和研究項(xiàng)目數(shù)量上。這可能與O-GlcNAc在生物學(xué)及醫(yī)學(xué)研究中日益重要的角色有關(guān)，尤其是在糖基化對(duì)疾病的影響和潛在治療靶點(diǎn)方面。

圖2. 國(guó)自然資助O-GlcNAc糖基化修飾研究的統(tǒng)計(jì)

O-GlcNAc糖基化——心力衰竭研究靶點(diǎn)

一項(xiàng)2021年來(lái)自由美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在心血管領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Circulation》 發(fā)表重要研究成果：過(guò)量的O-GlcNAc糖基化可導(dǎo)致心力衰竭和猝死，而且背后的機(jī)制可能是線粒體能量代謝受到阻斷；OGA和OGT可能為潛在心血管疾病的治療靶點(diǎn)：增加OGA活性和降低O-GlcNAc糖基化水平（降低OGT水平）可能緩解心力衰竭和心肌病。

主要研究方法：

l   動(dòng)物模型：通過(guò)基因過(guò)表達(dá)或抑制O-GlcNAcylation酶（OGT或OGA）來(lái)建立動(dòng)物模型，研究O-GlcNAcylation過(guò)量對(duì)心臟功能的影響。

l   細(xì)胞模型：在體外培養(yǎng)心肌細(xì)胞（如心室肌肉細(xì)胞）并應(yīng)用不同濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或應(yīng)激信號(hào)，以研究O-GlcNAcylation的變化及其對(duì)細(xì)胞功能的影響。

l   生化分析：使用免疫沉淀和Western blot分析測(cè)定O-GlcNAcylation水平，檢驗(yàn)糖基化對(duì)關(guān)鍵蛋白質(zhì)（如轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞周期蛋白等）的影響。

l   電生理實(shí)驗(yàn)：進(jìn)行心臟電生理實(shí)驗(yàn)，評(píng)估心肌細(xì)胞的電活動(dòng)及可能的心律失常，從而探討O-GlcNAcylation對(duì)心臟功能的影響。

l   組織學(xué)分析：對(duì)心臟組織進(jìn)行病理學(xué)檢查，使用染色方法觀察心肌細(xì)胞的形態(tài)變化、凋亡和纖維化程度。

l   基因表達(dá)分析：通過(guò)RT-qPCR或RNA測(cè)序技術(shù)評(píng)估O-GlcNAcylation對(duì)心臟相關(guān)基因的表達(dá)影響，研究其潛在機(jī)制。

l   生存分析：觀察動(dòng)物模型中的生存率，分析O-GlcNAcylation水平與突發(fā)性心臟死亡之間的關(guān)系。

文章主要發(fā)現(xiàn)及觀點(diǎn)：

l   過(guò)量的O-GlcNAcylation會(huì)導(dǎo)致心肌胞內(nèi)代謝失衡，影響能量生成和利用，最終導(dǎo)致心臟功能衰竭。

l   過(guò)量的O-GlcNAcylation會(huì)改變信號(hào)通路的平衡，干擾心臟細(xì)胞的生長(zhǎng)和存活。

l   過(guò)多的O-GlcNAc糖基化可以促進(jìn)心肌細(xì)胞的凋亡和纖維化，增加心臟結(jié)構(gòu)的重塑與損傷。

l   由于心臟電生理特性和機(jī)械功能的改變，O-GlcNAcylation的異常也可能引發(fā)心律失常，進(jìn)一步增加突發(fā)性死亡的風(fēng)險(xiǎn)。

l   潛在的治療方向：靶向O-GlcNAcylation通路的藥物可能有助于緩解心力衰竭，并減少相關(guān)的死亡風(fēng)險(xiǎn)。

2023年的另一篇文章《Foetal recapitulation of nutrient surplus signalling by O-GlcNAcylation and the failing heart》也發(fā)現(xiàn)：營(yíng)養(yǎng)信號(hào)、O-GlcNAcylation與心臟功能之間復(fù)雜的相互作用：胎兒在發(fā)育過(guò)程中利用營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩信號(hào)來(lái)優(yōu)化成長(zhǎng)和發(fā)育；O-GlcNAcylation是一種重要的翻譯后修飾，調(diào)節(jié)細(xì)胞在不同營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下的代謝路徑；在心力衰竭的情況下，正常的信號(hào)機(jī)制發(fā)生失調(diào)，導(dǎo)致代謝適應(yīng)性受損；心臟的衰竭可能部分反映了胎兒營(yíng)養(yǎng)信號(hào)通路的不適應(yīng)性重復(fù)，且這一過(guò)程與O-GlcNAcylation水平的改變相關(guān)。

由此可見(jiàn)在深入心血管中O-GlcNAc糖基化修飾的研究不僅可以幫助研究者們申請(qǐng)國(guó)家自然科學(xué)基金以及發(fā)表高水平的研究文章，而且可以發(fā)現(xiàn)心血管治療的新靶點(diǎn)。