PNAS｜易文团队揭示糖基化调控膜蛋白胞内分选和降解的新机制

细胞表面的膜受体蛋白，如酪氨酸激酶受体EGFR等被配体激活后，会通过网格蛋白介导的内吞作用被转运到胞内，由早期胞内体（early endosomes）运输经过多泡小体（multivesicular body, MVB），然后经过循环胞内体循环回到细胞表面；或经过晚期胞内体（late endosomes）进入溶酶体进行降解。膜受体蛋白在胞内运输的过程主要通过胞内体分选转运复合物（endosomal sorting complexes required for transport, ESCRT）这一进化保守的转运途径来完成。然而这条转运途径在细胞内如何被调控的机制还尚不清楚。

2022年3月3日，浙江大学生命科学学院易文教授课题组在PNAS在线发表了题为O-GlcNAcylation Regulates Epidermal Growth Factor Receptor Intracellular Trafficking and Signaling 的研究论文。该研究揭示了糖基化修饰通过调控EGFR胞内分选和降解途径进而调控EGFR信号传导的分子机制。

O-GlcNAc糖基化修饰是通过N-乙酰葡糖胺以β-糖苷键形式共价连接到蛋白质的丝氨酸或苏氨酸羟基上的一种翻译后修饰。该修饰对细胞内的营养状态有着敏感的响应，被称为“营养感受器”。近年的研究表明O-GlcNAc糖基化在基因转录调控、细胞周期调控、应激反应、免疫识别、代谢重编程等生理过程中都发挥了重要作用。

作者之前运用定量组学手段发现ESCRT转运途径中一个关键组成蛋白HGS在肝癌细胞中具有高度的O-GlcNAc糖基化修饰。进一步采用质谱和定点突变的生化实验确定了HGS主要的糖基化位点为S297、S299、和S300。在表达野生型HGS的肝癌细胞株中抑制糖基化能显著增加内囊泡和腔内小泡的数目；而在表达糖基化位点突变HGS的细胞株中该现象并不明显，提示抑制HGS糖基化促进内囊泡和腔内小泡的形成。免疫共沉淀实验发现糖基化降低了HGS与蛋白STAM的互作，阻碍了ESCRT-0复合体的装配，进而抑制了内囊泡和腔内小泡的形成。此外，实验进一步发现HGS的糖基化会导致HGS蛋白在胞内降解加快，其稳定性降低。因此，实验结果表明糖基化通过影响ESCRT-0复合体的装配和HGS蛋白的稳定性来协同调控ESCRT介导的膜蛋白分选和降解过程。糖基化对这个过程的作用直接影响了胞内EGFR信号的持续程度，进而导致肝癌细胞增殖速度以及对化疗药物敏感性的改变。

综上，这项工作揭示了细胞的营养感知与信号传导的新联系，阐明了糖基化调控膜受体蛋白降解的普适性规律。