揭秘细胞分泌通道中糖修饰的调控机制

蛋白质N-糖基化由内质网(ER)膜上的寡糖基转移酶(OST)复合物催化，约20%的人类蛋白质会被N-糖链修饰，影响其折叠、降解、运输和功能。N-糖基化机制缺陷会导致先天性糖基化障碍(CDG)等遗传病， pathogenic突变也会改变N-糖基化状态。
后生动物基因组编码两种OST复合物：OST-A与内质网膜结合核糖体及SEC61、TRAP组成的“分泌型”转运通道相关，能优先接触进入内腔的未折叠新生链；OST-B不与核糖体-转运通道复合物结合，可共翻译或翻译后发挥作用。但具有Asn-X-Thr/Ser（X≠Pro）序列的位点不一定会被修饰，其使用受序列背景、折叠动力学等多种因素影响，这种差异的功能后果尚不明确。
通常未使用的糖基化位点发生糖基化时，可能通过ERAD途径降解蛋白。GRP94（HSP90B1）是一种丰富的内质网伴侣蛋白，有6个糖基化位点，通常仅N217位点被修饰，但在不同内质网应激下，最多5个“ facultative”位点会发生糖基化。
为探究其机制，研究通过亲和纯化、核糖体图谱等发现，FKBP11和CCDC134在GRP94合成期间稳定结合于转运通道。FKBP11在新生链约161个残基时长时结合，CCDC134随后在约204个残基时长时结合，二者持续至翻译终止。利用冷冻电镜解析了FKBP11结合核糖体的结构，发现新生GRP94的折叠中间体以部分折叠状态结合于分泌型转运通道及FKBP11、CCDC134。
结构分析显示，GRP94的N端前导序列（pre-N）深入OST-A活性位点腔，通过广泛相互作用抑制OST-A，该区域保守且对突变敏感，突变会导致GRP94高糖基化降解及客户蛋白表达降低，表明pre-N是OST-A的假底物抑制剂。CCDC134通过疏水凹槽识别GRP94的αN1螺旋（非天然构象），与转运通道和GRP94相互作用，稳定pre-N与OST-A的结合，其C端延伸和桥螺旋（连接pre-N与αN1）对维持作用至关重要。
此外，转运通道的TRAP复合物发生重排，与OST-A、CCDC134及GRP94 N域形成内腔前庭，屏蔽下游区域免受OST-B的异常糖基化。
综上，该研究揭示了一种调控N-糖基化的机制：新生GRP94通过N端延伸抑制OST-A，CCDC134识别其非天然构象并稳定结合，转运通道重排形成前庭屏蔽OST-B，最终实现自身生物合成。这也为理解转运通道动态重塑及相关疾病机制提供了新视角。