ヒトO-GlcNAcaseは、X線結晶学およびQM/MMメタダイナミクスからの触媒的証拠のために、事前にアクティブ化されたボート皮下基板立体構造を使用します

ヒトO結合β-N-アセチルグルコサミニダーゼ（HOGA）は、核および細胞質タンパク質O-Glcnacylationに関与する2つの酵素の1つであり、必須の翻訳後修飾です。酵素は、GLCNAC糖の2アセタミドグループを介したアンキメラ支援を介して、GLCNAC-O-（SER/THR）グリコシド結合の加水分解を触媒します。ただし、触媒中のGLCNACリングの立体構造の旅程は不明のままです。ここでは、非加水分解性グリコペプチド基質を備えた複合体における野生型HOGAの結晶構造を報告し、QM/MMメタダイナミクスを使用して完全な酵素触媒メカニズムを解明します。酵素は椅子またはボートのような立体構造のいずれかで基質を結合できることを示しますが、後者のみが触媒的に有能であり、1,4B/1S3→[4E]‡→4C1および4C1→[4e]‡→1,4b/1S3第1および2番目の触媒反応ステップの立体構造の旅程。我々の結果は、ヒトおよび細菌のOGAの以前の実験的観察を調整し、O-Glcnacylationの障害に関連する疾患に対するより効果的なOGA阻害剤の開発を支援します。

Human O-linked β-N-acetylglucosaminidase (hOGA) is one of the two enzymes involved in nuclear and cytoplasmic protein O-GlcNAcylation, an essential post-translational modification. The enzyme catalyzes the hydrolysis of the GlcNAc-O-(Ser/Thr) glycosidic bonds via anchimeric assistance through the 2-acetamido group of the GlcNAc sugar. However, the conformational itinerary of the GlcNAc ring during catalysis remains unclear. Here we report the crystal structure of wild type hOGA in complex with a nonhydrolyzable glycopeptide substrate and elucidate the full enzyme catalytic mechanism using QM/MM metadynamics. We show that the enzyme can bind the substrate in either a chair- or a boat-like conformation, but only the latter is catalytically competent, leading to the reaction products via 1,4B/1S3 → [4E]‡ → 4C1 and 4C1 → [4E]‡ → 1,4B/1S3 conformational itineraries for the first and second catalytic reaction steps, respectively. Our results reconcile previous experimental observations for human and bacterial OGA and will aid the development of more effective OGA inhibitors for diseases associated with impaired O-GlcNAcylation.