一项新研究发现，一种名为O-GlcNAc（发音为oh-GLUCK-nack）的糖分子在细胞分裂过程中扮演着关键调控角色。当这一过程受到干扰时，可能导致细胞分裂失控，进而引发癌症或其他疾病。该研究发表在9月23日的《生物化学杂志》（Journal of Biological Chemistry）上。

O-GlcNAc是一种在细胞内用于修饰蛋白质的糖分子，它能够开启或关闭蛋白质的功能，促进或阻止蛋白质之间的相互作用，以及保护蛋白质免于降解或促进其降解。研究人员指出，这种糖分子在蛋白质上的添加与移除似乎是细胞分裂的重要调控机制。

几十年来，科学界普遍认为细胞分裂周期是由称为细胞周期蛋白的特定蛋白质的出现和消失所控制的。然而，该研究的第一作者、约翰霍普金斯大学基础生物医学科学研究所的博士后研究员Chad Slawson博士表示：“实验表明，即使敲除这些细胞周期蛋白中的任何一个，细胞仍然能够进行完全正常的分裂。相比之下，我们的实验显示，增加或减少蛋白质上附着的糖分子数量会破坏细胞周期，并且除非O-GlcNAc水平恢复正常，否则这种破坏是不可逆的。”

在人类细胞和小鼠细胞的实验中，Slawson及其同事发现，阻止细胞从蛋白质上移除糖分子会导致细胞复制其遗传物质并形成新的细胞核，但无法完成分裂。最终结果是细胞拥有多个细胞核——这种情况在癌细胞中相当常见。Slawson说：“拥有多个细胞核的细胞可以存活，但它们处于失调状态——事情就是不对劲。它们存活的时间越长，情况就越糟。”

另一方面，如果细胞中负责移除糖分子的酶含量过高，细胞核在显微镜下会呈现异常形态：遗传物质不再均匀分布在细胞核内，而是聚集在一起，使细胞核内容物呈现“皱缩”外观。

约翰霍普金斯大学生物化学教授兼主任Gerald Hart博士补充说，目前尚不清楚具体出了什么问题。他的实验室在20年前首次发现O-GlcNAc附着在细胞内蛋白质上。现在，他们已知哪些酶负责将糖分子添加到蛋白质上，哪些酶负责将其移除——通过敲除或阻断这些酶，研究人员能够控制蛋白质是否携带糖分子。

Slawson指出：“正常情况下，负责添加糖分子的酶在细胞分裂活跃中心富集。当我们敲除它或用化学物质阻断它时，细胞周期延长，细胞分裂无法正常进行。显然，这种酶的存在是有原因的。”

然而，要理解糖分子本身的作用以及它在蛋白质上的存在或缺失如何影响细胞，完全取决于它附着或移除的是哪种蛋白质。Hart说：“糖分子是开启还是关闭功能，取决于它所附着的蛋白质。这比发现一种只做一件事的酶要复杂得多。要弄清楚糖分子的效应，我们必须观察它修饰了什么，以及修饰的程度和位置。”

O-GlcNAc似乎修饰的蛋白质数量与广泛认可的蛋白质调控因子——磷酸基团一样多，并且它经常与磷酸基团竞争蛋白质上的相同位点。Hart认为，蛋白质上O-GlcNAc与磷酸基团之间的特定平衡可能有助于微调蛋白质的活性。

研究人员的下一步计划是检查由O-GlcNAc修饰的特定蛋白质，这些蛋白质位于细胞分裂各个步骤的重要位置，以弄清楚O-GlcNAc在细胞蛋白质上的失衡为何会对分裂过程产生如此显著的影响。

该研究由美国国家儿童健康与人类发展研究所、美国国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所以及美国国家癌症研究所资助。论文作者包括Slawson、Natasha Zachara、Keith Vosseller、Win Den Cheung、Daniel Lane和Gerald Hart，他们均来自约翰霍普金斯大学，Vosseller目前就职于德雷塞尔大学。

O-GlcNAc修饰的蛋白质可通过约翰霍普金斯大学开发的一种抗体进行检测。根据Covance Research Products、Sigma Chemical Company与约翰霍普金斯大学医学院之间的许可协议，Hart从该抗体（CTD 110.6）的销售中获得一定比例的版税。该协议的条款已按照大学的利益冲突政策进行管理。