Significance of structural diversity of O-glucose glycans in Notch signaling

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19KK0195
• Research Institution: University of Shizuoka
• Principal Investigator: 竹内 英之 静岡県立大学, 薬学部, 教授 (80361608)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田嶌 優子 名古屋大学, 医学系研究科, 講師 (10423104) ; LO PEIWEN 名古屋大学, 医学系研究科, 外国人特別研究員 (20822406) [Withdrawn] ; 浦田 悠輔 名古屋大学, 医学部附属病院, 医員 (90897357)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2023-03-31
• Keywords: O-グルコース糖鎖 / 構造多様性 / Notchシグナル / 質量分析 / 糖転移酵素

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者は、日本、中国、米国の研究者と共に、Notch 受容体の O-グルコース糖鎖修飾が、その機能発揮に必須であることを世界に先駆けて報告してきた (Cell 2008, Nature Chemical Biology 2015, 2016, EMBO Mol Med 2016)。最近の研究代表者の研究で、O-グルコース糖鎖にはこれまで知られていなかった構造的多様性があることが分かってきた。本国際共同研究では、生化学、遺伝学、分析化学、構造生物学の専門的手法を糾合し、O-グルコース糖鎖修飾の構造多様性、そして、その生物化学的意義と生合成の構造的基盤を世界で初めて明らかにする。
NOTCH2 受容体の細胞外部位に起こる糖鎖修飾に着目し、質量分析計を用いた分子量の精密な分析を行った。その結果、NOTCH1 に初めて検出された新奇 O-グルコース糖鎖構造であると推定された構造が、キシロース転移酵素をノックアウトした細胞由来の NOTCH2 の 12 番目と 33 番目の EGF ドメインに見出され、この知見を原著論文としてまとめた。続いて、NOTCH3 受容体の細胞外部位中の 9 番目の EGF ドメインにも、同様の新奇糖鎖構造が存在することを明らかにした。さらに、新奇 O-グルコース糖鎖構造の生合成を触媒する糖転移酵素の同定にも成功し、従来型の伸長構造と新奇 O-グルコース糖鎖構造の生合成の制御に必要な EGF ドメイン中の特定のアミノ酸の同定にも成功した。このアミノ酸の変異により、O-グルコース糖鎖構造を変化させると、Notch 受容体のリガンド結合性が変化し、シグナルの強度に影響することが分かった。
以上より、Notch　受容体上の　O-グルコース糖鎖修飾構造の多様性は、リガンド結合依存的な Notch　受容体活性化の精密な制御に寄与していることが明らかとなった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ベイラー医科大学/ジョージア大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ベイラー医科大学/ジョージア大学
• [Int'l Joint Research] 華中科技大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 華中科技大学
• [Journal Article] Secretory expression of mammalian NOTCH tandem epidermal growth factor-like repeats based on increased O-glycosylation (2022)
  • Author(s): Zhang Ailing、Tsukamoto Yohei、Takeuchi Hideyuki、Nishiwaki Kimitoshi、Tashima Yuko、Okajima Tetsuya
  • Journal Title: Analytical Biochemistry Volume: 656 Pages: 114881～114881
  • DOI: 10.1016/j.ab.2022.114881
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Generation of Properly Folded Epidermal Growth Factor-Like (EGF) Repeats and Glycosyltransferases Enables In Vitro O-Glycosylation (2022)
  • Author(s): Ma Chenyu、Tsukamoto Yohei、Takeuchi Hideyuki
  • Journal Title: Methods Mol Biol Volume: 2472 Pages: 27～38
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2201-8_3
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 3’-Sialyllactose on Notch: Notch1 functions as a scaffold of O-linked, 3’-sialyllactosylated glycans (2022)
  • Author(s): Yohei Tsukamoto, Kazuhiro Aoki, Yoshiki Narimatsu, Yusuke Urata, Wataru Saiki, Michael Tiemeyer, Henrik Clausen, Tetsuya Okajima, Hideyuki Takeuchi
  • Organizer: Notch Signaling in Development, Regeneration and Disease (GRS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 3’-Sialyllactose on Notch: Notch1 functions as a scaffold of O-linked, 3’-sialyllactosylated glycans (2022)
  • Author(s): Yohei Tsukamoto, Kazuhiro Aoki, Yoshiki Narimatsu, Yusuke Urata, Wataru Saiki, Michael Tiemeyer, Henrik Clausen, Tetsuya Okajima, Hideyuki Takeuchi
  • Organizer: Notch Signaling in Development, Regeneration and Disease (GRC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] O-グルコース糖鎖修飾の異常によるNotchシグナルの破綻と疾患 (2022)
  • Author(s): 竹内英之
  • Organizer: 日本病院薬剤師会東海ブロック・日本薬学会東海支部合同学術大会2022
  • Invited
• [Presentation] NOTCHリガンド結合部位における新奇糖鎖の構造と機能の解析 (2022)
  • Author(s): 塚本庸平、青木一弘、成松由規、浦田悠輔、齊木颯、Michael Tiemeyer、Henrik Clausen、紅林佑希、南彰、高橋忠伸、岡島徹也、竹内英之
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] O-グルコース糖鎖キシロース伸長による上皮増殖因子様 (EGF) リピートを含むタンパク質の品質管理 (2022)
  • Author(s): 見田幸大、塚本庸平、齊木颯、浦田悠輔、紅林佑希、南彰、高橋忠伸、日比英晴、岡島徹也、竹内英之
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] 3’-Sialyllactose on Notch: Notch1 functions as a scaffold of O-linked, 3’-sialyllactosylated glycans (2022)
  • Author(s): Yohei Tsukamoto, Kazuhiro Aoki, Yoshiki Narimatsu, Yusuke Urata, Wataru Saiki, Michael Tiemeyer, Henrik Clausen, Yuuki Kurebayashi, Akira Minami, Tadanobu Takahashi, Tetsuya Okajima, Hideyuki Takeuchi
  • Organizer: The annual meeting of the Society for Glycobiology
  • Int'l Joint Research