聚糖是通过蛋白质或脂质附着在细胞上的糖链，从而改变细胞的化学特性。聚糖的结构非常复杂且分支众多，有助于细胞和蛋白质胞外域的稳定性。蛋白质和脂质在合成后如何以及为何被糖基化或被聚糖修饰，目前仍不清楚。

蛋白质糖基化生成糖蛋白的过程十分常见，与细胞粘附、细胞信号传导、蛋白质折叠和受体激活过程的变化有关。糖基化的改变也与疾病有关：例如，脂质和蛋白质糖基化的破坏与神经退行性疾病有关。

为了更好地了解蛋白质糖基化过程，岐阜大学糖核心研究所 (iGCORE)、密西西比大学、广岛大学和大阪大学的研究小组研究了 N-乙酰葡萄糖胺转移酶-IVa (GnT-IVa 或 MGAT4A) 和 GnT-IVb (MGAT4B) 中独特的糖结合域，这两种糖基化蛋白负责将糖分支 β1-4-GlcNAc 附着到附着在糖蛋白上的特定糖链上。

研究小组在 9 月 27 日的iScience杂志上发表了他们的研究成果。

“大多数糖基化酶或糖基转移酶没有额外的凝集素或糖识别域，如 GnT-IVa 和 GnT-IVb。大多数糖基转移酶仅具有催化域，该域仅对其底物蛋白进行糖基化。我们旨在阐明糖基化酶 GnT-IVa 和 GnT-IVb 的独特凝集素域的功能，”岐阜大学 iGCORE 教授、研究论文的资深作者 Yasuhiko Kizuka 说道。

该团队研究的另一个问题是糖基化酶是否识别它们修饰的糖蛋白的蛋白质部分或与聚糖结合的蛋白质。许多生化研究已经证明了糖基化酶如何特异性地识别附着在它们修饰的糖蛋白上的聚糖，但糖基化酶使用的蛋白质选择机制(如果有的话)尚不清楚。

研究小组创建了一系列 GnT-IVa 和 GnT-IVb 突变体，这些突变体仅削弱两种糖基化酶的凝集素结合活性，以确定凝集素结合是否是酶活性所必需的。在没有功能性凝集素结构域的情况下，这两种酶对糖蛋白的糖基化活性明显低于正常的 GnT-IVa 和 GnT-IVb。进一步的实验表明，正常 GnT-IVa 和 GnT-IVb 的凝集素结构域与底物糖蛋白上 β1-4-GlcNAc 分支的实际形成关系不大。

研究小组还进行了分子动力学模拟，以确定 N-聚糖(即附着在蛋白质中的天冬酰胺 (Asn)氨基酸上的多个糖分子)是否附着在 GnT-IVa 和 GnT-IVb 酶上，从而干扰酶的凝集素结构域。模拟预测这是有可能的，但这取决于附着在 GnT-IVa 和 GnT-IVb 酶上的 N-聚糖类型。

额外的实验使用了 GnT-IVa 酶和不同的能够结合 GnT-IVa 凝集素结构域的 N-聚糖：一种与寡甘露糖(弱结合)结合，另一种与 GlcNAc(强结合)。重要的是，活性测定确定 GnT-IVa 酶与凝集素结构域附近的 GlcNAc 聚糖分支(更高结合)降低了修饰的 GnT-IVa 对糖蛋白底物的活性。简而言之，与 GnT-IVa 结合的 GlcNAc 减少了 GlcNAc 聚糖添加到 GnT-IVa 通常糖基化的蛋白质中。

“我们发现 GnT-IVa 和 GnT-IVb 使用其凝集素结构域来识别其底物蛋白，这显示了糖基转移酶识别底物糖蛋白的独特机制。另一个有趣的发现是，底物糖蛋白的识别可以被附着在其凝集素结构域上的糖基转移酶自身的聚糖抑制。也就是说，它们的活性由它们自己的聚糖自我调节。据我所知，这是特定聚糖自我调节自身生物合成的首例，”Kizuka 说。

尽管研究小组取得了这些成果，但该领域仍有许多关于蛋白质糖基化机制的知识有待学习。最终，作者希望研究具有独特非催化域的其他糖基转移酶。

“我们的研究表明，一些糖基转移酶具有独特的机制，通过这些机制，附属结构域可以调节它们的活性。这将有助于进一步了解糖基转移酶如何在细胞中选择其底物蛋白，”Kizuka 说。