引言
糖基化是一种主要的翻译后修饰。糖基转移酶将碳水化合物基团连接到蛋白质上。根据初始的单糖和它所连接的氨基酸残基，糖蛋白进行了分类。在许多O-连接的糖蛋白中，初始糖连接到丝氨酸（Ser）或苏氨酸（Thr）残基上的是N-乙酰半乳糖胺（GalNAc），由此产生的糖链被称为核心1来源的O-GalNAc糖链[1]。O-GalNAc糖链在含有黏蛋白结构的蛋白质中尤其丰富，其中密集的糖基化有助于形成复杂的分子结构，执行多种生物学功能，包括上皮保护和细胞间相互作用的管理[2]。因此，核心1来源的O-糖链主要在黏蛋白家族蛋白质以及癌症和炎症等疾病的研究中被研究[3]。
核心1来源的O-GalNAc糖链的生物合成始于多肽N-乙酰半乳糖胺转移酶（ppGalNAc-Ts）将GalNAc转移到Ser或Thr残基上[4]。随后，核心1 β1,3-半乳糖转移酶（C1galt1）合成核心1结构，即Galβ1-3GalNAcα1-Ser/Thr，该结构进一步通过一系列糖基转移酶进行延长和修饰（图1A）[1]。C1galt1的酶活性需要其特定的伴侣蛋白，即核心1合成酶特异性分子伴侣（Cosmc）[5],[6]。C1galt1或Cosmc系统性缺失的小鼠无法合成核心1结构，并由于大脑和脊髓中的异常血管生成和出血而在子宫内死亡，这表明核心1来源的O-GalNAc糖链在胚胎发育中起着至关重要的作用[7],[8]。此外，在成年小鼠中诱导性地普遍删除Cosmc会导致严重的多器官病变，包括胰腺炎、肾功能障碍和脂肪组织萎缩，这表明核心1来源的O-GalNAc糖链对成年小鼠的组织稳态是广泛必需的[9]。
由于系统性删除模型不可避免地会影响多个器官，因此需要细胞类型特异性的删除模型来研究核心1来源的O-糖链在各个组织和细胞类型中的功能[10],[11],[12],[13],[14],[15],[16],[17]。以往对核心1来源的O-糖链的功能研究主要集中在含有黏蛋白结构的蛋白质上[18]。然而，现在已知核心1来源的O-GalNAc糖链不像N-连接的糖链那样具有明确的共识序列，并且广泛分布于各种蛋白质中，而不仅仅是含有黏蛋白结构的蛋白质[19],[20]。因此，核心1来源的O-GalNAc糖链也可能独立于黏蛋白结构调节细胞功能，尽管其具体作用机制仍不完全清楚。在胰腺中，已经使用外分泌细胞特异性的Cosmc敲除小鼠进行了表型分析[12]，而核心1来源的O-GalNAc糖链在胰腺内分泌细胞中的作用，特别是在β细胞中的作用，仍有待探索。
先前的研究已经确定了N-糖基化在调节葡萄糖感知和胰岛素分泌中的重要作用[21]，以及O-GlcNAc糖基化在维持β细胞数量和功能中的重要作用[22]。最近的一项研究表明，O-糖基化启动因子GALNT14的破坏会影响β细胞的形态和胰岛素分泌[23]。然而，核心1来源的O-糖链在胰腺β细胞中的生理作用仍很大程度上未知。
胰腺β细胞通过将细胞外刺激与胰岛素分泌耦合起来，在维持葡萄糖稳态中起着核心作用[24]。β细胞通过对不同促分泌剂的特异性信号机制作出反应[25],[26]。这种依赖于刺激的反应性使得β细胞成为确定核心1来源的O-糖链是否在不同刺激条件下参与胰岛素分泌调节的理想系统。
在本研究中，我们通过选择性删除胰腺β细胞中的Cosmc，创建了胰腺β细胞特异性的Cosmc敲除小鼠（RIP-Cos小鼠），并研究了核心1来源的O-GalNAc糖链在β细胞功能中的作用。我们发现，β细胞特异性删除Cosmc会损害葡萄糖稳态，同时保持基础胰岛素的产生，导致葡萄糖刺激下的胰岛素分泌受损。这种表型伴随着GLUT2的血浆膜定位减少和分子性质的改变。此外，我们鉴定出GLUT2是一种核心1来源的O-GalNAc糖蛋白，为核心1来源的O-GalNAc糖基化调节β细胞功能提供了分子基础。
章节片段
动物
如先前描述[11]，使用C57BL/6J品系的胚胎干细胞生成了Cosmc floxed小鼠。将雌性Cosmcflox/flox与大鼠胰岛素启动子/Cre重组酶转基因小鼠（RIP-Cre；Jackson Laboratory品系#:003573）杂交，以产生胰腺β细胞特异性的条件性Cosmc敲除（RIP-Cos）小鼠。作为对照小鼠的是缺乏RIP-Cre转基因的同伴（雄性为Cosmcflox/Y，雌性为Cosmcflox/flox）。
胰腺β细胞中Cosmc的丢失导致RIP-Cos胰岛中的O-糖链结构异常
为了阐明核心1来源的O-GalNAc糖链在胰腺β细胞中的生理作用，我们生成了RIP-Cos小鼠。为了确认这些小鼠中β细胞特异性丢失Cosmc表达，我们使用RT-qPCR定量了原代胰岛中的C1galt1c1（Cosmc）转录本水平。与对照组相比，RIP-Cos小鼠中的C1galt1c1转录本显著减少（尽管不完全）（图1B）。我们还检查了下游糖基转移酶C1galt1的表达。
讨论
目前已知，由O-GalNAc糖基化引发的核心1来源的O-糖链不仅以密集的簇形式存在于黏蛋白上，还作为单个位点的修饰存在于大多数分泌蛋白和膜结合蛋白上。值得注意的是，大约80%通过分泌途径的蛋白质携带核心1来源的O-糖链[20]；然而，每个位点的占据情况和精确的糖链结构仍然知之甚少。我们的研究通过揭示
资助
本研究得到了日本学术振兴会（JSPS KAKENHI，资助编号21K05984和24K11380）和JST SPRING（资助编号JPMJSP2124）的科学研究资助。
CRediT作者贡献声明
Sayaka Fuseya：研究、概念制定。Kozue Hagiwara：资源提供、研究。Riku Suzuki：研究、数据管理。Hiroaki Sakaue：方法学、研究。Takashi Sato：资源提供、研究。Hiroyuki Kaji：方法学、研究。Azusa Tomioka：研究。Satoru Takahashi：监督。Atsushi Kuno：监督。Yuka Murakami：写作 – 原稿撰写、可视化、研究、资金申请、形式分析、数据管理、概念制定。Takashi
伦理声明
本研究遵循ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究已获得筑波大学动物护理和使用委员会的批准。
伦理审批和参与同意
小鼠在筑波大学实验室动物资源中心在特定的无病原体条件下饲养。所有实验均获得了筑波大学动物护理和使用委员会的批准。所有实验均按照筑波大学《实验室动物护理和使用指南》（授权编号：23-048、24-131、25-154和26-071）进行，并严格遵守动物研究规定：
手稿准备过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本研究的过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）来提高手稿的清晰度、可读性和英语表达。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对发表文章的内容负全责。
Yuka Murakami|Sayaka Fuseya|Riku Suzuki|Kozue Hagiwara|Takashi Sato|Hiroaki Sakaue|Azusa Tomioka|Hiroyuki Kaji|Atsushi Kuno|Satoru Takahashi|Takashi Kudo
