Las proteínas en las células humanas están ampliamente decoradas con diferentes tipos de azúcares, un fenómeno llamado glicosilación. Estas modificaciones aumentan en gran medida la diversidad de la estructura y función de las proteínas, afectando cómo se pliegan las proteínas, cómo se comportan y dónde van en las células. Una nueva investigación que se publicará en el Journal of Biological Chemistry el 22 de septiembre demuestra que un tipo raro de glicosilación afecta profundamente la función de una proteína importante para el desarrollo humano y la progresión del cáncer.
La glicosilación de proteínas se denomina ligada a N o ligada a O, dependiendo de si el azúcar está unido a sitios que contienen nitrógeno u oxígeno, respectivamente. Las modificaciones ligadas a O generalmente implican que el azúcar N-acetilgalactosamina se une a los aminoácidos serina o treonina, llamados glicosilación «tipo mucina» porque se encuentran comúnmente en proteínas en las membranas mucosas; junto con los azúcares ligados a N, estas modificaciones «canónicas» modifican miles de tipos diferentes de proteínas.
Durante más de 20 años, el grupo de investigación de Robert Haltiwanger, ahora en la Universidad de Georgia, ha estudiado un tipo mucho más raro de modificaciones ligadas a O: la unión de los azúcares glucosa o fucosa a la serina o treonina, una modificación que afecta solo a unos pocos cientos de tipos diferentes. de proteinas Una de estas proteínas es Notch, un receptor de señalización que es esencial para el desarrollo y la diferenciación celular y está desregulado en cánceres como la leucemia, el cáncer de mama y el cáncer de próstata.
«El hecho de que encontráramos estos azúcares en Notch fue intrigante porque Notch es una molécula muy importante», dijo Haltiwanger. «Así que teníamos curiosidad acerca de cómo estos azúcares afectan [Notch’s] estabilidad y actividad».
Las enzimas encargadas de modificar Notch con glucosa y fucosa se denominan POFUT1 y POGLUT1. El equipo de Haltiwanger, dirigido por Hideyuki Takeuchi, quería saber exactamente por qué POFUT1 y POGLUT1 unían glucosa y fucosa a Notch en las células.
Si modificas genéticamente una mosca o un ratón sin POFUT1 o POGLUT1, dijo Haltiwanger, «obtienes una mosca muerta o un ratón muerto. Interrumpes por completo la ruta de Notch; Notch no es funcional si no agregas esos azúcares. Ha habido una mucho trabajo a lo largo de los años sobre: ¿Por qué es eso? [the sugar] ¿haciendo?»
El nuevo trabajo de Haltiwanger muestra que las modificaciones de fucosa y glucosa sirven como marcadores de control de calidad que permiten que Notch sea transportado a su destino final en la membrana celular. Cuando los investigadores eliminaron POFUT1 o POGLUT1 en cultivos celulares utilizando la tecnología CRISPR/Cas, las células mostraron mucho menos Notch en la superficie celular. Cuando se eliminaron ambas enzimas, Notch estaba casi completamente ausente.
Usando métodos bioquímicos adicionales, los investigadores encontraron que POFUT1 y POGLUT1 adhirieron glucosa y fucosa a porciones de Notch solo después de que se plegaron de una manera específica.
«Es como un sello de aprobación», dijo Haltiwanger. «¿Esta parte está doblada? Boom, le pones una fucosa. Y de alguna manera eso le dice a la celda: No te metas más con esto. Déjalo en paz. Si no le agregas el azúcar, [the Notch proteins] quedan atascados dentro del retículo endoplasmático, se degradan y no se secretan».
Saber que estos azúcares son esenciales para la actividad de Notch hace que las enzimas que los controlan, POFUT1 y POGLUT1, sean objetivos potenciales para los tratamientos contra el cáncer. Dependiendo de si Notch es hiperactivo o insuficientemente activo en un cáncer en particular, la manipulación de los azúcares que se agregan a Notch podría ayudar a corregir la desregulación. El equipo de Haltiwanger está trabajando actualmente para encontrar compuestos químicos que inhiban POFUT1 y POGLUT1, impidiendo así que Notch se incruste en la membrana celular y lleve a cabo sus funciones de señalización. También están intentando desentrañar los detalles de cómo las modificaciones de glucosa y fucosa funcionan juntas para ajustar la actividad de Notch.
«Eso nos mantendrá ocupados», dijo Haltiwanger.
