在细胞生物学和蛋白质合成过程中，N-糖基化是一种重要的翻译后修饰过程，对蛋白质的折叠、定位和功能发挥关键作用。这项研究聚焦于一种称为GRP94的蛋白质，它是内质网（ER）中的一种丰富伴侣蛋白，具有六个N-糖基化位点。通常情况下，GRP94仅在其中一个位点（N217）发生糖基化，但在不同的内质网应激条件下，它可能在多达五个“可选”位点上被糖基化。这种调控的N-糖基化机制不仅影响GRP94本身的生物合成，还对其受体客户（如IGF1R、LRP6和TLR4）的折叠、成熟和细胞表面定位产生深远影响。
研究团队通过结构生物学和功能分析相结合的方法，揭示了这一调控机制的关键细节。他们发现，一个保守的N端延伸区域在GRP94的合成过程中起到重要作用，该区域能够抑制OST-A的活性，从而阻止其对可选位点的糖基化。这一过程依赖于一种称为CCDC134的ER膜蛋白，它通过一个疏水性沟槽识别GRP94的非天然构象，并将其与OST-A的活性位点隔离。此外，CCDC134还通过与FKBP11相互作用，稳定了GRP94的合成过程。这些发现表明，GRP94的N端延伸和CCDC134的结合构成了一个复杂的调控网络，确保其在合成过程中仅在特定的位点发生糖基化。
在合成过程中，GRP94的N端延伸区域（pre-N segment）与OST-A的活性位点形成紧密接触，这种接触不仅占据了OST-A的结合位点，还改变了OST-A的构象，从而抑制其对其他可选位点的糖基化。同时，该区域还与SEC61α和DC2形成相互作用，进一步稳定了GRP94的折叠过程。这种抑制作用与一个称为“桥接螺旋”（bridge helix）的结构特征密切相关，该螺旋连接了pre-N段和αN1，使GRP94能够被正确地引导至内质网中，并与CCDC134和OST-A形成稳定的相互作用。这一机制对于防止GRP94在合成过程中被错误地糖基化至关重要。
研究还发现，CCDC134的疏水性沟槽能够识别并结合GRP94的αN1区域，使其处于一个非天然构象中。这种结合不仅有助于稳定GRP94的折叠过程，还能够阻止OST-B对下游区域的糖基化。此外，研究团队通过冷冻电镜技术获得了GRP94与CCDC134和FKBP11结合的结构信息，揭示了这些蛋白质在合成过程中的动态行为。这些结构数据表明，GRP94在合成过程中经历了一系列的构象变化，这些变化对于其正确的折叠和功能发挥具有重要意义。
研究还指出，这种调控机制在细胞和组织功能中起着重要作用。例如，当CCDC134的功能受损时，会导致GRP94的过度糖基化和降解，进而影响其受体客户的折叠和定位，导致诸如骨生成障碍（osteogenesis imperfecta）等疾病。这表明，CCDC134在维持GRP94的正常糖基化和生物合成中扮演着不可或缺的角色。此外，研究还表明，CCDC134和FKBP11在调控GRP94的糖基化过程中具有协同作用，它们通过不同的机制共同确保GRP94在合成过程中不会被错误地修饰。
进一步的研究还表明，这种调控机制不仅仅局限于GRP94。通过选择性核糖体分析，研究团队发现CCDC134和FKBP11可能在更广泛的蛋白质合成过程中起到类似的作用，帮助屏蔽那些可能引起错误糖基化的疏水性区域。尽管这些蛋白质本身并不包含明显的pre-N-like序列，但它们的结构和功能可能对其他蛋白质的糖基化和折叠起到关键的调控作用。这种机制可能代表了一种普遍的蛋白质质量控制系统，能够检测并防止蛋白质在合成过程中发生错误折叠或错误修饰。
总的来说，这项研究揭示了内质网中一个复杂的调控网络，它能够确保GRP94在合成过程中仅在特定的位点发生糖基化。这一发现不仅加深了我们对N-糖基化机制的理解，还为相关疾病的治疗提供了新的思路。通过调控这些关键的相互作用，可以潜在地干预GRP94的生物合成过程，从而改善其受体客户的功能和细胞整体的健康状态。这些结果表明，内质网中的蛋白质合成和修饰过程是高度协调的，而这种协调依赖于一系列精确的结构和功能调控机制。
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