A dynamic cycle of addition and removal of O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) at serine and threonine residues is emerging as a key regulator of nuclear and cytoplasmic protein activity. In this work, immunocytochemistry was carried out to investigate the subcellular expression of GlcNAc kinase (NAGK, EC 2.7.1.59) that catalyzes the phosphorylation of GlcNAc to GlcNAc 6-phosphate. Immunostainings of cultured rat hippocampal neurons revealed patchy or punctate distribution of NAGK. When NAGK is doublestained with caveolin-1 or flotillin, markers for caveolae and lipid rafts, respectively, NAGK was co-localized with these markers. These results indicate that most, if not all, of the NAGK immunopunctae represent caveolae and lipid rafts, and suggest NAGK's role in these membrane microdomains.
Kim, Jin-Yeon;Kim, Bu-yeon;Moon, Kyung-Ho;Lee, Jin-Ho
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.47
no.1
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pp.78-86
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2019
Recombinant Corynebacterium glutamicum producing N-acetylglucosamine (GlcNAc) was constructed by metabolic engineering. To construct a basal strain producing GlcNAc, the genes nagA, nagB, and nanE encoding N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase, glucosamine-6-phosphate deaminase, and N-acetylmannosamine-6-phosphate epimerase, respectively, were sequentially deleted from C. glutamicum ATCC 13032, yielding strain KG208. In addition, the genes glmS and gna1 encoding glucosamine-6-phosphate synthase and glucosamine-6-phosphate N-acetyltransferase, which originated from C. glutamicum and Saccharomyces cerevisiae, respectively, were expressed in several expression vectors. Among several combinations of glmS and gna1 expression, recombinant cells expressing glmS and gna1 under control of the ilvC promoter produced 1.77 g/l of GlcNAc and 0.63 g/l of glucosamine in flask cultures.
O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) is an abundant posttranslationally modified compound in eukaryotic cells. Human O-GlcNAc transferase (OGT) was produced as a maltose binding protein (MBP) fusion protein, which showed significant catalytic activity to modify recombinant Sp1, transcription factor. To facilitate the production of O-GlcNAc modified proteins, instead of using the tedious in vitro glycosylation reaction or expression in eukaryotic cells, a MBP-fusion OGT expression vector (pACYC184-MBPOGT) was constructed using pACYC184 plasmid, which could coexist with general prokaryotic expression vectors containing ColE1 origin. By cotransforming pACYC184-MBPOGT and pGEX-2T vectors into Escherichia coli BL21, intracellular O- GlcNAcylated proteins could be obtained by a simple purification procedure. It is expected that this may be a useful tool for production of O-GlcNAc modified proteins.
N-Acetylglucosamine kinase (GlcNAc kinase or NAGK; EC 2.7.1.59) catalyzes the phosphorylation of GlcNAc to GlcNAc-6-phosphate (GlcNAc-6-P). Despite detailed characterization of the enzyme itself, there have been few studies on the expression of NAGK in mammalian tissues. In the rat hippocampal neuron in culture, NAGK-immunoreactivity (IR) formed clusters in somatodendritic domains. In this study we characterized the NAGK clusters that protrude out the long axis of dendritic shafts. By double-labeling of the neurons with antibodies against NAGK and various synaptic proteins, we show that NAGK is positioned at the base of spines, while there were no NAGK protrusions into inhibitory postsynaptic sites. Immunoblot analysis showed that NAGK was included in synaptosomes but not in PSD fractions. Our results indicate that the NAGK clusters at the dendritic periphery protrude into spines.
Chitinase producing bacteria, Arthrobacter nicotianae CH4 and A. nicotianae CH13, were isolated from small crabs by an enrichment culture using chitin as the sole carbon source. Crude chitinases from the two isolated strains, A. nicotianae CH4 and A. nicotianae CH13, were stable in the pH range of $3.0{\sim}9.0$ and in the temperature range of $20{\sim}60^{\circ}C$. The reducing sugar $(GlcNAc)_1$, or $(GlcNAc)_4$, corresponding to over 98% of the enzyme reaction products, was obtained. The production of functional $(GlcNAc)_1$ and $(GlcNAc)_4$ from A. nicotianae CH13 and A. nicotianae CH4, respectively, from the chitinases was useful. The chitinase system of A. nicotianae CH13 was supposed to be endo- and exo-chitinase, and N-acetylglucosaminidase.
The addition and removal of N-acetylglucosamine (GlcNAc) molecules on serine or threonine residues of a protein is called O-GlcNAcylation. This post-translational modification occurs on both cytoplasmic and nuclear protein, and is fast and reversible as comparable to phosphorylation. In contrast to the phospho-signaling cycles, this emerging moon-lightening signaling is cycled by only two enzymes, O-GlcNAc transferase (OGT) and O-GlcNAcase (OGA). The simple machinery is a good evolutionary adaptation of a cell for quick accommodation to continuously fluctuating intra- and extracellular microenvironments. Rather than "switching" on or off a specific proteins - this would be done by phosphorylation where numerous specific kinases and phosphatases are involved - O-GlcNAcylation would play a "rheostat" which would be much more delicately increase or decrease the efficacy of signal transductions in response to cellular nutrient and stress conditions. Interestingly, recent evidence indicates that O-GlcNAc is further modified by phosphorylation. The O-GlcNAc-P will upgrade the modulation efficiency of cellular processes to continuous 'analogue' level. So far, only one protein AP180 was reported to have O-GlcNAc-P on Thr310. But, proteomic data from our laboratory indicate that there are multiple O-GlcNAc-P proteins, constituting "O-GlcNAc-P'om". This will focus on the possibility of existence of "O-GlcNAc-P'om".
Pizzolatti, Andre Luiz A.;Gaudig, Florian;Seitz, Daniel;Roesler, Carlos R.M.;Salmoria, Gean Vitor
Tissue Engineering and Regenerative Medicine
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v.15
no.6
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pp.781-791
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2018
BACKGROUND: Glucosamine hydrochloride (GlcN HCl) has been shown to inhibit cell growth and matrix synthesis, but not with N-acetyl-glucosamine (GlcNAc) supplementation. This effect might be related to an inhibition of critical growth factors (GF), or to a different metabolization of the two glucosamine derivatives. The aim of the present study was to evaluate the synergy between GlcN HCl, GlcNAc, and GF on proliferation and cartilage matrix synthesis. METHOD: Bovine chondrocytes were cultivated in monolayers for 48 h and in three-dimensional (3D) chitosan scaffolds for 30 days in perfusion bioreactors. Serum-free (SF) medium was supplemented with either growth factors (GF) $TGF-{\beta}$ ($5ng\;mL^{-1}$) and IGF-I ($10ng\;mL^{-1}$), GlcN HCl or GlcNAc at 1mM each or both. Six groups were compared according to medium supplementation: (a) SF control; (b) SF + GlcN HCl; (c) SF + GlcNAc; (d) SF + GF; (e) SF + GF + GlcN HCl; and (f) SF + GF + GlcNAc. Cell proliferation, proteoglycan, collagen I (COL1), and collagen II (COL2) synthesis were evaluated. RESULTS: The two glucosamines showed opposite effects in monolayer culture: GlcN HCl significantly reduced proliferation and GlcNAc significantly augmented cellular metabolism. In the 30 days 3D culture, the GlcN HCl added to GF stimulated cell proliferation more than when compared to GF only, but the proteoglycan synthesis was smaller than GF. However, GlcNAc added to GF improved the cell proliferation and proteoglycan synthesis more than when compared to GF and GF/GlcN HCl. The synthesis of COL1 and COL2 was observed in all groups containing GF. CONCLUSION: GlcN HCl and GlcNAc increased cell growth and stimulated COL2 synthesis in long-time 3D culture. However, only GlcNAc added to GF improved proteoglycan synthesis.
The pathogenic free-living amoeba Naegleria fowleri causes primary amoebic meningoencephalitis, a fatal infection, by penetrating the nasal mucosa and migrating to the brain via the olfactory nerves. N. fowleri can induce host cell death via lytic necrosis. Similar to phosphorylation, O-linked β-N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) glycosylation (O-GlcNAcylation) is involved in various cell-signaling processes, including apoptosis and proliferation, with O-GlcNAc addition and removal regulated by O-GlcNAc transferase and O-GlcNAcase (OGA), respectively. However, the detailed mechanism of host cell death induced by N. fowleri is unknown. In this study, we investigated whether N. fowleri can induce the modulation of O-GlcNAcylated proteins during cell death in Jurkat T cells. Co-incubation with live N. fowleri trophozoites increased DNA fragmentation. In addition, incubation with N. fowleri induced a dramatic reduction in O-GlcNAcylated protein levels in 30 min. Moreover, pretreatment of Jurkat T cells with the OGA inhibitor PUGNAc prevented N. fowleri-induced O-deGlcNAcylation and DNA fragmentation. These results suggest that O-deGlcNAcylation is an important signaling process that occurs during Jurkat T cell death induced by N. fowleri.
Naegleria fowleri is a free-living amoeba causing primary amoebic encephalitis. In this study, we analyzed how the N-aceytlglucosamine (GlcNAc) and D-galactose affected the interaction between Naegleria fowleri and methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) or Escherichia coli O157:H7, and the interaction with bacteria when monosaccharides were treated with N. fowleri for a longer pre-incubation time. When GlcNAc was treated with N. fowleri for 1 hr, the E. coli association was almost the same as that of the control not treated with GlcNAc until the concentration of GlcNAc was 25 mM. However, the E. coli association was reduced by approximately 91% with 100 mM GlcNAc. E. coli invasion into N. fowleri showed statistical significance only in the group treated with 100 mM GlcNAc. The interaction when treated with galactose showed a very different pattern in the 50 mM galactose group than when treated with GlcNAc. In the MRSA interaction, a statistically significant decrease in association (76.3% by GlcNAc and 88.7% by galactose) and invasion (3.6% by GlcNAc and 9.3% by galactose) was shown by the concentration of two 100 mM monosaccharides. The group treated with monosaccharides at the same time showed almost no difference in all interactions from the group treated with monosaccharides at the same time. Taken together, it suggested that the effect of monosaccharides on the interaction of several Gram-negative or positive bacteria and the evidence that the interaction could be enhanced by longer pre-incubation time.
Dynamic modification of cytoplasmic and nuclear proteins by O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) on Ser and Thr residues is ubiquitous in higher eukaryotes. And this modification may serve as a signaling mod-ification analogous to protein phosphorylation. Addition and cleavage of O-GlcNAc are catalyzed by O-linked GlcNAc transferase (OGT) and O-linked N-acety1glucosaminidase (O-GlcNAcase), respectively. Two types of human O-GlcNAcase gene were cloned and expressed as three fusion proteins in Escherichia coli. O-GlcNA-case activity showed in the order of thioredoxin fusion> $6{\times}His$ tag> GST fusion. O-GlcNAcase had enzy-matic activity against only ${\rho}$NP-GlcNAc of seven tested substrate analogs. Blast search revealed that O-GlcNAcase has two conserved domains, amino terminal hyaluronidase-like domain and carboxy terminal N-acetyltransferase domain. Extensive deletion studies were done to define catalytically important domains. The deletions of hyaluronidase-like domain and N-acetyltransferase domain abolished enzyme activity. But, N-ter-minal 55 amino acid deletion and C-terminal truncation showed lower activity. Based on deletion analysis, we suggest that hyaluronidase-like domain is essential for enzyme activity and carboxy terminal N-acetyltrans-ferase domain may be modulatory function.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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