NOTCH1受容体の細胞外EGF様ドメイン11および10の構造的挙動に及ぼす部位特異的O-グリコシル化の影響

Effect of Site-specific O-Glycosylation on the Structural Behavior of NOTCH1 Receptor Extracellular EGF-like Domains 11 and 10.

• Shin-Ichiro Nishimura
• Yasuhiro Yokoi

抄録

ヒトのNOTCH1受容体には36個のEGF様ドメインが存在し、EGF12ドメインのO-グリコシル化状態がNOTCHリガンドとの相互作用を制御している。我々は、EGF11とEGF10の構造的な振る舞いに特定のO-グリコシル化状態がどのように影響するかに注目している。EGF様リピート10,11,12に対する様々なO-グリコシル化パターンの構造的影響を理解するために、我々は部位特異的にO-グリコシル化されたEGF11とEGF10の化学合成とNMR研究を行った。その結果、4つのEGF11と5つのEGF10モジュールを合成することができた。その結果、特定のO-グリコシル化状態はEGF11よりもEGF10のin vitroフォールディングに影響を与え、カルシウムイオンはEGF11のフォールディングに大きな影響を与えた。包括的なNMR研究により、コンセンサス配列C5-X-X-G-X-(T/S)-G-X-X-C6のThr-O-GlcNAcとドメイン間のヒンジ領域のアミノ酸、ドメイン11の445Thr-O-GlcNAc---IIe451、ドメイン10の405Thr-O-GlcNAc---Gln411が架橋している新しいタイプの「糖架橋」について明らかにした。

Human NOTCH1 receptor contains 36 epidermal growth factor (EGF)-like repeating domains, in which O-glycosylation status of EGF12 domain regulates the interaction with Notch ligands. Our interest is focused on the effect of specific O-glycosylation states on the structural behavior of EGF11 and EGF10, because they appeared to affect molecular mechanism in receptor-ligand interactions by inducing some conformational alterations in these domains and/or the regions connecting two domains. To understand the structural impact of various O-glycosylation patterns on the pivotal EGF-like repeats 10, 11, and 12, we performed chemical synthesis and NMR studies of site-specifically O-glycosylated EGF11 and EGF10. Our strategy enabled to synthesize four EGF11 and five EGF10 modules. The specific O-glycosylation states affected in vitro folding of EGF10 more than EGF11, while calcium ion had a larger effect on EGF11 folding. Comprehensive NMR studies shed light on the new type "sugar bridges" crosslinking Thr-O-GlcNAc in the consensus sequence C5-X-X-G-X-(T/S)-G-X-X-C6 and an amino acid in the hinge region between the domains, 445Thr-O-GlcNAc---IIe451 in domain 11 and 405Thr-O-GlcNAc---Gln411 in domain 10, respectively.

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