Store powered calcium (Ca2+) entry (SOCE) jest główną drogą, za pomocą której komórki odpornościowe pobierają Ca2+ z przestrzeni zewnątrzkomórkowej do cytozolu. W limfocytach T receptory limfocytów T zlokalizowane na błonie komórkowej (PM) wiążą antygeny, które aktywują białkowe kinazy tyrozynowe (recenzja w 1,2,3). Kaskada fosforylacji prowadzi do aktywacji γ fosfolipazy (PLCγ), która następnie pośredniczy w hydrolizie 4,5-bisfosforanu fosfatydyloinozytolu błonowego (2) do diacyloglicerolu i 1,4,5-trifosforanu inozytolu (IP3). IP3 jest małym dyfuzyjnym przekaźnikiem, który wiąże się z receptorami IP3 (IP3R) na retikulum endoplazmatycznym (ER), otwierając w ten sposób ten kanał receptorowy i umożliwiając Ca2 + spływ w dół gradientu stężeń od światła ER do cytozolu (recenzja w 4). Sygnalizacja receptorowa z receptorów sprzężonych z białkiem G i kinazy tyrozynowej w wielu innych pobudliwych i niepobudliwych typach komórek prowadzi do takiej samej produkcji IP3 i aktywacji IP3Rs.
Ze względu na skończoną pojemność magazynowania Ca2+ ER, uwalnianie za pośrednictwem IP3 i wynikający z tego wzrost cytozolowego Ca2+ jest tylko przejściowe; jednak to wyczerpanie światła ER Ca2+ głęboko wpływa na cząsteczkę interakcji zrębowej-1 (STIM1), białko transbłonowe typu I (TM) najczęściej występujące na błonie ER 5,6,7. STIM1 zawiera zorientowaną na światło domenę detekcyjną Ca2+ składającą się z pary EF-ręka i sterylnego motywu α (EFSAM). Trzy zorientowane cytozolowo domeny zwiniętych cewek są oddzielone od EFSAM pojedynczą domeną TM (przejrzane w 8). Po wyczerpaniu luminalu ER Ca2+, EFSAM ulega oligomeryzacji sprzężonej z destabilizacją 7,9, co powoduje strukturalne przegrupowania domen TM i coiled-coils 10. Kulminacją tych zmian strukturalnych jest uwięzienie STIM1 na skrzyżowaniach ER-PM 11,12,13,14 poprzez interakcje z fosfoinozytydami PM 15,16 i podjednostki Orai1 17,18. Białka Orai1 to podjednostki PM, które łączą się, tworząc kanały Ca2+ 19,20,21,22. Oddziaływania STIM1-Orai1 na połączeniach ER-PM ułatwiają konformację kanału Ca2 + aktywowanego uwalnianiem Ca2 + (CRAC), co umożliwia przemieszczanie się Ca2 + do cytozolu z wysokich stężeń przestrzeni zewnątrzkomórkowej. W komórkach odpornościowych utrzymujące się cytozolowe podwyższenie Ca2 + za pośrednictwem kanałów CRAC indukuje zależną od Ca2 + kalmoduliny / kalcyneuryny defosforylację czynnika jądrowego aktywowanych limfocytów T, który następnie dostaje się do jądra i rozpoczyna regulację transkrypcji genów promujących aktywację komórek T 1,3. Proces aktywacji kanału CRAC przez STIM1 23,24 poprzez indukowane przez agonistę zubożenie luminalu Ca2+ ER i wynikające z tego trwałe podwyższenie cytozolowego Ca2+ jest zbiorczo określane jako SOCE 25. Istotna rola SOCE w limfocytach T jest oczywista w badaniach wykazujących, że dziedziczne mutacje zarówno w STIM1, jak i Orai1 mogą powodować ciężkie złożone zespoły niedoboru odporności 3,19,26,27. EFSAM inicjuje SOCE po wykryciu wyczerpania ER-luminalnego Ca2+ poprzez utratę koordynacji Ca2+ w kanonicznym EF-ręku, co ostatecznie prowadzi do samoasocjacji sprzężonej z destabilizacją 7,28,29.
Glikozylacja to kowalencyjne przyłączanie i przetwarzanie struktur oligosacharydowych, znanych również jako glikany, poprzez różne etapy biosyntezy w ER i Golgiego (przejrzane w 30,32,33). Istnieją dwa dominujące typy glikozylacji u eukariontów: sprzężone z N i O, w zależności od konkretnego aminokwasu i atomu łączącego wiązanie. W N-glikozylacji glikany są przyłączone do amidu łańcucha bocznego Asn i w większości przypadków etap inicjacji występuje w ER, gdy łańcuch polipeptydowy przemieszcza się do światła 34. Pierwszym etapem N-glikozylacji jest przeniesienie struktury rdzeniowej składającej się z czternastu cukrów składającej się z glukozy (Glc), mannozy (Man) i N-acetyloglukozaminy (GlcNAc) (tj. Glc3Man9GlcNAc2) z lipidu błony ER za pomocą oligosacharylotransferazy 35,36. Dalsze etapy, takie jak rozszczepienie lub przeniesienie reszt glukozy, są katalizowane w ER przez specyficzne glikozydazy i glikozylotransferazy. Niektóre białka, które opuszczają ER i przemieszczają się do Golgiego, mogą być dalej przetwarzane 37. O-glikozylacja odnosi się do dodawania glikanów, zwykle do grupy hydroksylowej łańcucha bocznego reszt Ser lub Thr, a ta modyfikacja zachodzi całkowicie w kompleksie Golgiego 33,34. Istnieje kilka struktur O-glikanów, które mogą składać się z N-acetyloglukozaminy, fukozy, galaktozy i kwasu sjalowego, przy czym każdy monosacharyd dodaje się kolejno 33.
Chociaż żadna konkretna sekwencja nie została zidentyfikowana jako warunek wstępny dla wielu typów O-glikozylacji, wspólna sekwencja konsensusu została powiązana z modyfikacją powiązaną z N: Asn-X-Ser/Thr/Cys, gdzie X może być dowolnym aminokwasem z wyjątkiem Pro 33. STIM1 EFSAM zawiera dwa z tych konsensusowych miejsc N-glikozylacji: Asn131-Trp132-Thr133 i Asn171-Thr172-Thr173. Rzeczywiście, poprzednie badania wykazały, że EFSAM może być N-glikozylowany w komórkach ssaków w Asn131 i Asn171 38,39,40,41. Jednak wcześniejsze badania nad konsekwencjami N-glikozylacji na SOCE były niespójne, sugerując stłumiony, wzmocniony lub brak wpływu tej potranslacyjnej modyfikacji na aktywację SOCE 38,39,40,41. W związku z tym badania nad biofizycznymi, biochemicznymi i strukturalnymi konsekwencjami N-glikozylacji EFSAM są niezbędne do zrozumienia regulacyjnych skutków tej modyfikacji. Ze względu na wymóg wysokiego poziomu jednorodnych białek w tych eksperymentach in vitro, zastosowano podejście selektywne miejscowo polegające na kowalencyjnym przyłączaniu ugrupowań glukozy do EFSAM. Co ciekawe, glikozylacja Asn131 i Asn171 spowodowała zmiany strukturalne, które zbiegają się w rdzeniu EFSAM i poprawiają właściwości biofizyczne, które promują SOCE za pośrednictwem STIM1 42.
Chemiczne powiązanie grup glikozylowych z tiolami Cys zostało dobrze potwierdzone przez przełomowe prace, które najpierw wykazały użyteczność tego bezenzymatycznego podejścia do zrozumienia specyficznego dla miejsca wpływu glikozylacji na funkcję białka 43,44. Niedawno, w odniesieniu do STIM1, reszty Asn131 i Asn171 zostały zmutowane do Cys, a glukoza-5-(metanothiosiulfonian) [glukoza-5-(MTS)] została użyta do kowalencyjnego powiązania glukozy z wolnymi tiolami 42. W tym miejscu opisujemy to podejście, które nie tylko wykorzystuje mutagenezę do włączenia specyficznych dla miejsca reszt Cys do modyfikacji, ale także stosuje spektroskopię magnetycznego rezonansu jądrowego w roztworze (NMR) do szybkiej oceny zarówno wydajności modyfikacji, jak i zaburzeń strukturalnych w wyniku glikozylacji. Warto zauważyć, że tę ogólną metodologię można łatwo dostosować do badania skutków O- lub N-glikozylacji dowolnego rekombinowanego białka.