責編 | 酶美
O連接N乙醯葡糖胺（O-GlcNAc）糖基化是細胞內的一種重要單糖修飾，參與多種生理和病理過程調控。研究表明，O-GlcNAc糖基化在調節應激反應和細胞穩態中發揮重要作用。在其眾多底物中，轉錄因子的O-GlcNAc糖基化可能通過動態調控轉錄活性的「開關」以適應包括基因毒在內的多種的外界刺激，提高腫瘤細胞死亡閾值。因此，系統全面地描述和挖掘O-GlcNAc糖基化的轉錄調控因子及其在腫瘤細胞應激反應中的功能，建立以O-GlcNAc糖轉錄因子組為節點的全基因組範圍轉錄調控網絡，對揭示O-GlcNAc糖基化在腫瘤應激反應中的作用具有重要意義。
2020年11月19日，大連理工大學生命科學與藥學學院張嘉寧教授團隊與華大基因任豔研究員團隊近期在Nature Communications雜誌上合作發表文章Proteomic profiling and genome-wide mapping of O-GlcNAc chromatin-associated proteins reveal an O-GlcNAc-regulated genotoxic stress response，報導了O-GlcNAc糖基化在腫瘤細胞的基因轉錄重編程中的重要生物學功能。
該文發展了一種基於代謝標記（GalNAz）的化學選擇性O-GlcNAc染色質測序（chemoselective O-GlcNAc chromatin sequencing，COGC-seq）方法，以此為工具，結合代謝標記的O-GlcNAc染色質結合蛋白定量蛋白質組學和轉錄組學技術，從多組學角度系統分析了O-GlcNAc糖基化的轉錄調控因子及其靶基因在乳腺癌細胞基因毒（阿黴素）應激反應機制中的作用。
圖1 基於代謝標記的多組學染色質O-GlcNAc研究策略
與親代乳腺癌細胞MCF-7相比，阿黴素耐受的乳腺癌細胞MCF-7/ADR的染色質O-GlcNAc修飾顯著上調，提示這種糖基化對基因毒應激反應的轉錄重編程存在調控作用。定量蛋白質譜分析獲得了875個差異O-GlcNAc染色質結合蛋白（OCPs），包括88個O-GlcNAc修飾的轉錄因子或輔因子（OCTFs）。利用COGC-seq，該研究進一步將OCPs在染色質上的結合位置和強度進行分析。結果表明，基因毒刺激在全基因組範圍內驅使OCPs結合位置從啟動子-增強子平衡態轉換為啟動子偏向態。隨著O-GlcNAc修飾上調，OCPs在染色質上結合強度增強，並進一步激活下遊基因的轉錄。通過多組學整合分析，該研究建立了基因毒誘導的OCTFs調控下遊靶基因表達的網絡模型。其中，O-GlcNAc修飾的NRF1在該轉錄調控網絡中扮演關鍵角色。O-GlcNAc糖基化激活了該轉錄因子的染色質結合能力和轉錄調控功能，這對MCF-7/ADR的基因毒耐受表型起到重要影響。
圖2 基因毒誘導的OCTFs調控下遊靶基因表達的網絡模型
該論文使用基於代謝標記的化學基因組學策略，實現了基因毒應激反應前後乳腺癌細胞多組學貫通比較分析，提出O-GlcNAc修飾調控的應激反應相關基因表達網絡模型。發現了基因毒刺激誘導的O-GlcNAc染色質結合位點變化規律和轉錄激活功能。這些結果揭示了O-GlcNAc糖基化可以作為應激傳感器調控多種基因表達，細胞以此應答外界刺激並維持穩態。
大連理工大學張嘉寧教授和華大基因任豔研究員為該論文的通訊作者，大連理工大學劉宇博副教授和華大基因陳秋實博士為共同第一作者。該研究得到了北京大學陳興教授的大力支持。
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19579-y
製版人：嘉
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