分享一篇发表在ACS Chemical Biology的文章，文章标题是“Targeted O-GlcNAcylation of CK2α Triggers Its Ubiquitin-Proteasome Degradation and Alters Downstream Phosphorylation”，通讯作者是来自香港中文大学药学院的吴潍龙教授，他的主要研究方向是使用化学和生物学工具开发用于治疗各种疾病的新型小分子药物，包括癌症、传染病和神经退行性疾病。

O-GlcNAc修饰是发生在Ser/Thr残基上的糖基化翻译后修饰，能够调节细胞中多种蛋白的功能，其失调与包括癌症、糖尿病和神经退行性疾病等多种疾病相关。由于O-GlcNAc修饰的产生和去除完全依赖于OGT和OGA两种酶，因此目前对于O-GlcNAc修饰的研究工具大多靶向这两种酶或者使用GlcNAc的类似物进行代谢标记。但是这些方法会广泛的影响细胞中所有的O-GlcNAc修饰，因此作者希望能够开发出一种精确调控某种蛋白特定位点O-GlcNAc修饰的工具，用于研究特定位点O-GlcNAc修饰的功能。

仿照PROTAC的思路，作者开发出了一种被称为OGTAC的工具，其核心是使用一种双功能小分子，其一端能靶向靶标蛋白，另一端能够招募OGT，从而对靶标蛋白的特定位点添加O-GlcNAc修饰，实现O-GlcNAc修饰的精确可控添加。

作者以酪蛋白激酶Ⅱ亚基α（CK2α）为靶标蛋白，使用OGTAC研究其Ser347位点O-GlcNAc修饰的功能。作者首先表达了N端带有Halo-tag的CK2α（HTN-CK2α），并证明了其具有和CK2α相同的功能。随后作者在细胞中同时过表达了fOGT和HTN-CK2α，并加入浓度梯度的OGTAC-1，证明了该方法能够成功的在Ser347位点引入O-GlcNAc修饰。同时为了证明该修饰的引入是由OGTAC-1引起，作者转入了无活性的OGT，采用相同方式处理不会在CK2α上产生O-GlcNAc修饰。此外，作者还构建了CK2α S347A突变体，结合GalT标记和mass tag策略证明了OGTAC-1只能在S347位点上引入O-GlcNAc修饰。

作者发现，随着加入OGTAC-1，CK2α的O-GlcNAc修饰水平升高，其在细胞内的降解速率显著加快，并且这种降解可以被蛋白酶体抑制剂MG132抑制，并且发现OGTAC-1诱导的CK2α O-GlcNAc修饰能够增强CK2α的泛素化水平，从而被蛋白酶体降解。作者也使用了co-IP实验证明了修饰增强了CK2α与CRL4CRBN E3连接酶之间的相互作用，从而促进CK2α的泛素化和蛋白酶体降解。

最后作者研究了O-GlcNAc修饰对于CK2α的激酶活性的影响。结果显示经O-GlcNAc修饰后，CK2α的底物Akt和PFKP的磷酸化水平均发生了升高，并且在无法产生修饰的CK2α S347A上不会产生该现象，证明了O-GlcNAc会增强CK2α的激酶活性。

总之，作者开发出了一种能够精准调控目标蛋白的O-GlcNAc修饰的技术OGTAC，并用其研究了O-GlcNAc修饰在CK2α蛋白上的功能，为后续研究其他蛋白上O-GlcNAc修饰的功能提供了新的工具。

本文作者：ZBY

责任编辑：TZS

DOI：10.1021/acschembio.5c00223

原文链接：https://doi.org/10.1021/acschembio.5c00223