科学家解开了为什么OGT酶对细胞存活至关重要的谜团

拉霍亚免疫学研究所(LJI)的研究人员终于发现了一种名为O-GlcNAc转移酶(OGT)的酶如何保持细胞健康。他们的发现发表在美国国家科学院院刊上，揭示了细胞生物学的一个关键方面，并可能导致重要的医学进步。

“许多疾病都与OGT功能有关，”LJI讲师XiangLi博士说，他是这项新研究的第一作者。“例如，许多研究表明癌症、糖尿病和心血管疾病中的OGT功能异常。”

这项由Li牵头、LJI教授AnjanaRao博士和LJI助理教授SamuelMyers博士共同领导的新研究首次表明OGT通过调节一种名为mTOR。

细胞依靠mTOR来维持其线粒体发电厂的运转。没有功能性mTOR，细胞几乎无法发挥其所有基本功能，从蛋白质合成到细胞增殖。mTOR功能障碍也是许多疾病的标志也就不足为奇了。

“OGT对身体的每个细胞都很重要，”Myers解释说。“多亏了这项研究，我们现在有了一个模型，可用于未来研究OGT每个部分的作用。”

唯一的OGT

OGT是一种称为转移酶的酶。这种类型的酶执行一项称为糖基化的工作，糖分子被添加到最近合成的蛋白质中。OGT在转移酶中是独一无二的，因为它修饰细胞内的蛋白质，而不是细胞表面的蛋白质或分泌的蛋白质。

事实上，OGT的糖基化作用非常重要，没有它胚胎细胞就会死亡。但直到现在，科学家们对原因一无所知。

正如Myers解释的那样，OGT的本质使得它很难学习。科学家通常通过开发缺乏这些蛋白质基因的细胞来研究酶和其他蛋白质。他们生成新的、功能失调的细胞，然后研究事情是如何出错的。

但有了OGT，这种实验甚至还没开始就结束了。因为只有一个OGT，科学家们无法在不杀死他们需要研究的细胞的情况下删除它或降低它的功能。“我们知道OGT对于细胞存活至关重要，但20多年来我们一直不知道为什么，”李说。

对于这项新研究，李能够通过使用诱导系统删除OGT基因来解决这个问题。他研究了小鼠胚胎干细胞，然后使用一种称为Cre的可诱导版本的蛋白质来删除OGT基因。这意味着细胞可以正常生长，直到科学家决定激活该过程，之后失去OGT基因的细胞开始停止增殖并死亡。

研究小组发现，删除OGT基因会导致调节细胞新陈代谢的关键酶mTOR的功能异常增强。删除OGT基因还促进了细胞中一个重要但具有潜在危险的过程，称为线粒体氧化磷酸化。

为什么线粒体氧化磷酸化如此危险?细胞中的这一过程是允许细胞产生ATP(为细胞提供动力的分子)的微妙途径的一部分。ATP可通过糖酵解和线粒体氧化磷酸化产生，破坏这种平衡会对细胞造成毁灭性后果。

幸运的是，OGT通过保持蛋白质合成平稳运行和调节细胞内的氨基酸水平来保护mTOR活性和线粒体健康。重要的是，研究人员发现OGT在CD8+T细胞中具有相同的保护作用，这表明该酶在哺乳动物细胞类型中以相同的方式发挥作用，而不仅仅是在小鼠胚胎干细胞中。

研究人员进行救援

即使是缺乏OGT的功能失调细胞也不会永远失败。科学家们能够使用一种称为CRISPR/Cas9的基因编辑尖端技术“拯救”功能失调的细胞。

通过询问小鼠胚胎干细胞中的第二个基因是否会恢复缺乏OGT的细胞的生长，Li发现mTOR和线粒体氧化磷酸化在缺乏OGT的细胞中过度激活，并且可以通过抑制它们的功能来拯救细胞。

这对于希望更多地了解OGT在体内的作用的科学家来说是个好消息。“现在我们可以在保持细胞存活的同时删除OGT基因，我们可以尝试仅恢复OGT的片段，以了解更多关于OGT如何工作以保持细胞存活的信息，”Myers说。

李说，他的新发现可能会让研究人员进一步研究OGT的作用，并可能找到治疗靶点来抵消异常活动。“在未来，我们希望我们的研究能够帮助阐明与癌症和其他疾病中OGT功能失调相关的问题，”李说。