Biosynthesis of O- N -acetylgalactosamine glycans in the human cell nucleus

Biological functions of nuclear proteins are regulated by post-translational modifications (PTMs) that modulate gene expression and cellular physiology. However, the role of O-linked glycosylation (O-GalNAc) as a PTM of nuclear proteins in the human cell has not been previously reported. Here, we examined in detail the initiation of O-GalNAc glycan biosynthesis, representing a novel PTM of nuclear proteins in the nucleus of human cells, with an emphasis on HeLa cells. Using soluble nuclear fractions from purified nuclei, enzymatic assays, fluorescence microscopy, affinity chromatography, MS, and FRET analyses, we identified all factors required for biosynthesis of O-GalNAc glycans in nuclei: the donor substrate (UDP-GalNAc), nuclear polypeptide GalNAc -transferase activity, and a GalNAc transferase (polypeptide GalNAc-T3). Moreover, we identified O-GalNAc glycosylated proteins in the nucleus and present solid evidence for O-GalNAc glycan synthesis in this organelle. The demonstration of O-GalNAc glycosylation of nuclear proteins in mammalian cells reported here has important implications for cell and chemical biology.Fil: Cejas, Romina Beatríz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Lorenz, Virginia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Salud y Ambiente del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Salud y Ambiente del Litoral; ArgentinaFil: Garay, Yohana Camila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Irazoqui, Fernando Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentin

Polypeptide N-acetylgalactosamine transferase 3: a post-translational writer on human health

Polypeptide N-acetylgalactosamine transferase 3 (ppGalNAc-T3) is an enzyme involved in the initiation of O-GalNAc glycan biosynthesis. Acting as a writer of frequent post-translational modification (PTM) on human proteins, ppGalNAc-T3 has key functions in the homeostasis of human cells and tissues. We review the relevant roles of this molecule in the biosynthesis of O-GalNAc glycans, as well as in biological functions related to human physiological and pathological conditions. With main emphasis in ppGalNAc-T3, we draw attention to the different ways involved in the modulation of ppGalNAc-Ts enzymatic activity. In addition, we take notice on recent reports of ppGalNAc-T3 having different subcellular localizations, highlight critical intrinsic and extrinsic functions in cellular physiology that are exerted by ppGalNAc-T3-synthesized PTMs, and provide an update on several human pathologies associated with dysfunctional ppGalNAc-T3. Finally, we propose biotechnological tools as new therapeutic options for the treatment of pathologies related to altered ppGalNAc-T3. KEY MESSAGES: ppGalNAc-T3 is a key enzyme in the human O-GalNAc glycans biosynthesis. enzyme activity is regulated by PTMs, lectin domain and protein-protein interactions. ppGalNAc-T3 is located in human Golgi apparatus and cell nucleus. ppGalNAc-T3 has a central role in cell physiology as well as in several pathologies. Biotechnological tools for pathological management are proposed.Fil: Garay, Yohana Camila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Cejas, Romina Beatríz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Lorenz, Virginia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Salud y Ambiente del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Salud y Ambiente del Litoral; ArgentinaFil: Zlocowski, Natacha. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Ciencias de la Salud. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Investigaciones en Ciencias de la Salud; ArgentinaFil: Parodi, Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Ferrero, Franco Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Angeloni, Genaro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Alfonso García, Valentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Sendra, Victor German. Tufts University; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Lardone, Ricardo Dante. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Irazoqui, Fernando Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentin

Arsenic effect on the model crop symbiosis Bradyrhizobium–soybean

Soybean (Glycine max) is often being cultivated in soils with moderate to high arsenic (As) concentrations or under irrigation with As contaminated groundwater. The purpose of this study was to determine the effect of As on soybean germination, development and nodulation in soybean-Bradyrhizobium japonicum E109 symbiosis, as a first-step approach to evaluate the impact of As on soybean production. Semi-hydroponic assays were conducted using soybean seedlings inoculated and non-inoculated with B. japonicum E109 and treated with arsenate or arsenite. Soybean germination and development, at early stage of growth, were significantly reduced from 10 μM arsenate or arsenite. This also was seen for soybean seedlings inoculated with B. japonicum mainly with arsenite where, in addition, the number of effective nodules was reduced, despite that the microorganism tolerated the metalloid. This minor nodulation could be due to a reduced motility (swarming and swimming) of the microorganism in presence of As. Arsenic concentration in roots was about 250-times higher than in shoots. Transference coefficient values indicated that As translocation to aerial parts was low and As accumulated mainly in roots, without significant differences between inoculated and non-inoculated plants. The presence of As restricted soybean–B. japonicum symbiosis and hence, the efficiency of most used commercial inoculants for soybean. Thus, water and/or soils containing As would negatively impact on soybean production, even in plants inoculated with B. japonicum E109.Fil: Talano, Melina Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Biología Molecular; ArgentinaFil: Cejas, Romina Beatríz. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: González, Paola Solange. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Biología Molecular; ArgentinaFil: Agostini, Elizabeth. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; Argentin

Core 1 O-N-acetylgalactosamine (O-GalNAc) glycosylation in the human cell nucleus

Glycosylation is a very frequent post-translational modification in proteins, and the initiation of O-N-acetylgalactosamine (O-GalNAc) glycosylation has been recently described on relevant nuclear proteins. Here we evaluated the nuclear incorporation of a second sugar residue in the biosynthesis pathway of O-GalNAc glycans to yield the terminal core 1 glycan (C1G, Galβ3GalNAcαSer/Thr). Using confocal microscopy, enzymatic assay, affinity chromatography, and mass spectrometry, we analyzed intact cells, purified nuclei and soluble nucleoplasms to identify the essential factors for C1G biosynthesis in the cell nucleus. The enzyme C1GalT1 responsible for C1G synthesis was detected inside the nucleus, while catalytic activity of C1Gal-transferase was present in nucleoplasm and purified nuclei. In addition, C1G were detected in the nucleus inside of intact cells, and nuclear proteins exposing C1G were also identified. These evidences represent the first demonstration of core 1 O-GalNAc glycosylation of proteins in the human cell nucleus. These findings reveal a novel post-translational modification on nuclear proteins, with relevant repercussion in epigenetic and chemical biology areas.Fil: Cejas, Romina Beatríz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Garay, Yohana Camila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: de la Fuente, Sofía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Lardone, Ricardo Dante. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Irazoqui, Fernando Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentin

Extrinsic functions of lectin domains in O-N-acetylgalactosamine glycan biosynthesis

Glycan biosynthesis occurs mainly in Golgi. Molecular organization and functional regulation of this process are not well understood. We evaluated the extrinsic effect of lectin domains (β-trefoil fold) of polypeptide GalNAc-transferases (ppGalNAc-Ts) on catalytic activity of glycosyltransferases during O-GalNAc glycan biosynthesis. The presence of lectin domain T3lec or T4lec during ppGalNAc-T2 and ppGalNAc-T3 catalytic reaction had a clear inhibitory effect on GalNAc-T activity. Interaction of T3lec or T4lec with ppGalNAc-T2 catalytic domain was not mediated by carbohydrate. T3lec, but not T2lec and T4lec, had a clear activating effect on Drosophila melanogaster core 1 galactosyltransferase enzyme activity and a predominant inhibitory effect on in vivo human core 1 glycan biosynthesis. The regulatory role of the β-trefoil fold of ppGalNAc-Ts in enzymatic activity of glycosyltransferases involved in the O-glycan biosynthesis pathway, described here for the first time, helps clarify the mechanism of biosynthesis of complex biopolymers (such as glycans) that is not template-driven.Fil: Lorenz, Virginia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Ditamo, Yanina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Cejas, Romina Beatríz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Carrizo Garcia, Maria Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Bennett, Eric P.. Universidad de Copenhagen; DinamarcaFil: Clausen, Henrik. Universidad de Copenhagen; DinamarcaFil: Nores, Gustavo Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Irazoqui, Fernando Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentin