特定EGF结构域O-葡萄糖糖链唾液酸化修饰调控DLL1/4-NOTCH1信号通路的机制研究

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Differential O-glucose elongation on a specific EGF repeat within the canonical ligand–binding domain regulates DLL1/4-NOTCH1 signaling

本研究揭示了NOTCH1受体EGF10结构域上一种新型O-葡萄糖糖链（被半乳糖和Neu5Ac延伸形成3′-唾液酸乳糖结构）的修饰机制。研究人员发现，该修饰由B4GALT1和ST3GAL4特异性催化，并受EGF结构域中C?-2位特定氨基酸（如NOTCH1 Ala396）调控。此修饰能抑制DLL1和DLL4配体结合，进而负调控NOTCH1信号通路和T细胞分化，为Notch受体功能的精细调控提供了新见解。

　　

在生命体中扮演着发育、分化和稳态维持关键角色的Notch信号受体，其功能受到多种翻译后糖基化修饰的精细调控。其中，O-连接糖基化，包括O-葡萄糖(O-glucose)、O-岩藻糖(O-fucose)和O-乙酰葡糖胺(O-GlcNAc)，对Notch受体的功能至关重要。

以往认为，O-葡萄糖糖链仅能被木糖(xylose)以α1-3连接方式延伸成三糖结构。然而，最新的研究发现，在NOTCH1的第十个表皮生长因子样(EGF)重复序列(EGF10)以及NOTCH3的第九个EGF重复序列(EGF9)上，O-葡萄糖糖链可以被半乳糖(galactose)和唾液酸(Neu5Ac)进一步延伸，形成一种类似3′-唾液酸乳糖(3′-sialyllactose)的结构。这种独特的糖链修饰是由特定的同工酶B4GALT1和ST3GAL4协同催化完成的。

通过质谱分析等技术，研究人员确认这种修饰具有高度的位点特异性，仅存在于NOTCH1 EGF10和NOTCH3 EGF9，而在NOTCH1、NOTCH2和NOTCH3的其他所有EGF结构域中均未检测到。进一步的序列比对和点突变实验揭示，EGF结构域中第四个半胱氨酸(Cysteine)上游第二个氨基酸的位置（记为C?-2），对于O-葡萄糖糖链能否被半乳糖延伸起着决定性作用。例如，在NOTCH1 EGF10中，这个位置是丙氨酸(Ala396)。

功能研究表明，NOTCH1 EGF10上的这种位点特异性O-葡萄糖糖链延伸，显著影响了NOTCH1与配体的结合及其信号转导。具体而言，该修饰能够抑制NOTCH1与Delta样配体1和4（DLL1和DLL4）的结合。在早期T细胞发育的背景下，将NOTCH1的Ala396突变为酪氨酸(Phe)或苯丙氨酸(Tyr)（即A396Y/F突变体），会增强由DLL1和DLL4依赖的NOTCH1信号通路，从而促进T细胞的分化。

这些发现揭示了一种此前未知的、通过特定EGF结构域上O-葡萄糖糖链的结构和位置来精细调控Notch受体功能的新机制，深化了我们对糖生物学在细胞命运决定中复杂作用的理解。