Identification of Nuclear Localization Signal on O-GlcNAc Transferase and Its Nuclear Import Regulation

Abstract

Nucleocytoplasmic O-GlcNAc transferase (OGT) attaches a single GlcNAc to hydroxyl groups of serine and threonine residues. Although the cellular localization of OGT is important to regulate a variety of cellular processes, the molecular mechanisms regulating the nuclear localization of OGT is unclear. Here, we characterized three amino acids (DFP; residues 451–453) as the nuclear localization signal of OGT and demonstrated that this motif mediated the nuclear import of non-diffusible β-galactosidase. OGT bound the importin α5 protein, and this association was abolished when the DFP motif of OGT was mutated or deleted. We also revealed that O-GlcNAcylation of Ser389, which resides in the tetratricopeptide repeats, plays an important role in the nuclear localization of OGT. Our findings may explain how OGT, which possesses a NLS, exists in the nucleus and cytosol simultaneously.

OGT는 핵과 세포질에 존재하는 효소이며 OGT가 세포 내 핵 또는 세포질에 존재함에 따라 다양한 O-GlcNAc 수식화 기질 단백질 군이 변하게 되고 세포 내 신호 전달에 영향을 주게 되기 때문에 세포 내 OGT의 위치 결정은 매우 중요하다. 하지만 현재까지 OGT가 핵으로 유입 또는 유출되는 기작은 보고되어 있지 않다. 본 연구에서는 OGT에 존재하는 세 개의 아미노산으로 이루어진 새로운 핵 이동 서열 (DFP)을 동정하였으며 OGT의 수송 단백질로서 importin α5가 역할을 한다는 사실 또한 증명하였다. 이후에는 질량분석법을 통하여 OGT의 tetratricopeptide repeats (TPRs) 안에 존재하는 세린 389 위치의 O-GlcNAc 수식화 위치를 동정하였다. 세린 389 위치를 알라닌으로 치환한 돌연변이체를 이용한 연구를 통하여 세린 389의 O-GlcNAc 수식화 위치는 직접적으로 OGT의 핵으로 이동에 영향을 준다는 사실을 증명하였다.