Analysis of core 1-derived O-GalNAc modified glycoproteins in a conditional transgenic Cosmc knockout mouse in the pancreas.
Final Report Abstract
Die Glykosylierung ist eine der am weitesten verbreiteten und komplexesten posttranslationalen Modifikationen, und das Glykom umfasst ein großes und umfangreiches Repertoire an Zuckern, die kovalent an Proteine (u.a.) gebunden und an wichtigen biologischen Prozessen beteiligt sind. Die O-verknüpfte Glykosylierung von Proteinen vom Mucin-Typ ist eine der vielfältigsten Formen der Glykosylierung, da 50 bis 100 verschiedene Gene beteiligt sind, darunter bis zu 20 Polypeptid-GalNAc-Transferasen, die steuern, wo die O-Glykane gebunden sind. Bei dieser Art der O-verknüpften Glykosylierung ist der erste zugesetzte Zucker N-Acetylgalactosamin (GalNAc), und die Polypeptid- GalNAc-Transferasen katalysieren die Addition dieses Zuckers an spezifische Threonin und Serin in der Polypeptidkette. In diesem Projekt konnten O-GalNAc Glykoproteine identifiziert werden, die aus konditional transgenen Mausmodellen mit Deletion von Cosmc (C1gal1c1), Überexpression von GalNT2, der Kombination aus beiden stammen. Die identifizierten Proteine konnten wiederum mit dem auftretenden Phänotyp korreliert werden und somit zellbiologische und physiologische Zusammenhänge aufklären. So kommt es bei der Mauslinie mit Ablation von Cosmc in der exokrinen Bauchspeicheldrüse zur Expression von verkürzten O-Glykanen (Tn Antigen), was zu einer exokrinen Pankreasinsuffizienz mit einer verminderten Aktivität von Verdauungsenzymen und Diabetes führt. Interessanterweise wurde eine Vielzahl von Proteinen identifiziert, von denen Gallensalz-aktivierte Lipase (auch als Carboxylesterlipase, Cel bezeichnet) am häufigsten vorkam. Beim Menschen verursachen Frameshift-Mutationen bei CEL einen Altersdiabetes vom jungen Typ 8 (MODY8), ein monogenes Syndrom von Diabetes und exokriner Pankreasfunktionsstörung. Hier liefern wir Daten, die darauf hindeuten, dass differentiell O-glykosyliertes Cel die Funktion von Beta-Zellen negativ beeinflussen könnte. Zusammengenommen belegen unsere Ergebnisse die Bedeutung einer korrekten O-Glykan-Bildung für eine normale exokrine und endokrine Pankreasfunktion, was darauf hindeutet, dass aberrante O-Glykane für pathogene Mechanismen der Bauchspeicheldrüse relevant sein könnten. Eine Überraschung stellte die große Schnittmenge von zytosolisch und membranös lokalisierten O- GalNAc modifizierten Proteinen dar, die essentielle Funktionen im Metabolismus ausüben. Wir konnten zum einen zeigen, dass Cosmc unter Hypoxie herunterreguliert wird und eine differentielle O- Glykosylierung induziert wird. Zum anderen kommt es in Zelllinien und Geweben mit Cosmc-Defizienz zu einer Glykan-vermittelten Abschaltung der oxidativen Phosphorylierung und einer metabolischen Umprogrammierung. Diese ist im Kontext von Inflammation und Karzinogenese von essentieller Bedeutung.
Publications
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Benten D, Behrang Y, Unrau L, Weissmann V, Wolters-Eisfeld G, Burdak- Rothkamm S, Stahl FR, Anlauf M, Grabowski P, Mobs M, Dieckhoff J, Sipos B, Fahl M, Eggers C, Perez D, Bockhorn M, et al.
(See online at https://doi.org/10.1158/1541-7786.MCR-17-0163) - Loss of complex O- glycosylation impairs exocrine pancreatic function and induces MODY8-like diabetes in mice. Exp Mol Med. 2018; 50(10):133
Wolters-Eisfeld G, Mercanoglu B, Hofmann BT, Wolpers T, Schnabel C, Harder S, Steffen P, Bachmann K, Steglich B, Schrader J, Gagliani N, Schluter H, Gungor C, Izbicki JR, Wagener C and Bockhorn M
(See online at https://doi.org/10.1038/s12276-018-0157-3)
