L'oligosacariltransferasa (OST) és un enzim essencial en la via de l'N-glicosilació de les proteïnes dins del reticle endoplasmàtic (RE). És un complex multiproteic que s'encarrega de transferir un oligosacàrid pre-assemblat des d'un lípid transportador (dolicol difosfat) cap a un residu d'asparagina d'una proteïna naixent. La seqüència que ha de presentar la proteïna per poder ser N-glicosilada és Asn - X - Ser / Thr (essent X qualsevol aminoàcid (AA) menys la prolina).

Podem trobar-ne dues classificacions principals:

- L'OST en eucariotes inferiors, provinent del llevat (Saccharomyces cerevisiae). És un complex únic compost principalment de 8 subunitats.

- L'OST en eucariotes superiors (mamífers i humans). Hi ha dues variants principals del complex OST, ambdues conformades per 7 - 9 subunitats.

Actua directament en la translocació co-traduccional (Associat al translocó Sec61). Actua en les proteïnes translocades post-traduccionalment (No hi ha associació al translocó Sec61).

Com que el complex OST del Saccharomyces cerevisiae és un dels millors caracteritzats funcionalment i estructuralment i la subunitat catalítica és homòloga als altres tipus d'OST, el fem servir com a model d'estudi de les OST de les eucariotes superiors.

Història i descobriment del complex OST Els primers estudis sobre glicoproteïnes i la seva biosíntesi daten de la dècada de 1950 - 1960, quan diversos grups van observar la presència d’hidrats de carboni units covalentment a proteïnes de secreció.

El bioquímic argentí Luis Federico Leloir (Premi Nobel de Química, 1970) va ser un dels primers a demostrar que els nucleòtids de sucre (com l’UDP-galactosa o l’GDP-manosa) actuaven com a donadors de sucres en reaccions de glicosilació. Tot i que ell no va descobrir l’OST directament, va establir el concepte fonamental que els sucres podien ser transferits enzimàticament a altres molècules, obrint el camí per a la identificació d’enzims com la OST.

Durant els anys 1970, les investigacions del bioquímic William J. Lennarz i col·laboradors van identificar el dolicol-fosfat com a portador d’oligosacàrids en el procés de N-glicosilació. Aquest descobriment va establir les bases per entendre que la transferència del conjunt d’oligosacàrid a la proteïna es realitzava mitjançant un enzim específic, encara no identificat en aquell moment.

El descobriment es va realitzar mitjançant diversos experiments in vitro amb fraccions de microsomes del reticle endoplasmàtic que van demostrar l’existència d’una activitat capaç de transferir l’oligosacàrid del dolicol a una proteïna acceptora. Un dels estudis pioners va ser el de William J. Lennarz i els seus col·laboradors, que van utilitzar preparacions de microsomes de fetge de mamífer per investigar la síntesi de glicoproteïnes in vitro.

Aquesta activitat va ser designada com a oligosacariltransferasa (OST). Es va comprovar que reconeixia la seqüència Asn–X–Ser/Thr i que estava associada a membranes del RE, tot i que la seva composició molecular encara era desconeguda.

Paral·lelament, durant la mateixa dècada, Stuart Kornfeld va contribuir a comprendre l'estructura i funció dels oligosacàrids N-glicosilats ja transferits a la proteïna. Els seus estudis van identificar els diferents tipus d’oligosacàrids i van establir com es processen seqüencialment dins del reticle endoplasmàtic i l'aparell de Golgi, completant així la visió del cicle de glicosilació des de la transferència inicial fins al processament madur dels glicans.

Identificació molecular de l’OST durant la dècada de 1990 A principis de la dècada 1990, diversos estudis bioquímics en mamífers van permetre identificar les primeres proteïnes associades al complex OST. Entre aquestes destacaven ribophorin I, ribophorin II, OST48 i DAD1, que inicialment s’havien descrit com a components estructurals del reticle endoplasmàtic, però que més endavant es va demostrar que formaven part del complex OST. Aquestes descobertes van revelar que l’OST era un complex multiproteic, i no una única proteïna, tal com s’havia suggerit en els estudis previs.

Posteriorment, els estudis genètics efectuats en el llevat “Saccharomyces cerevisiae” van completar la descripció del complex. Mitjançant l’anàlisi de mutants defectuosos en N-glicosilació, es van identificar gens essencials com STT3, OST1, OST2, WBP1, SWP1 i OST3/OST6, que van demostrar de manera concloent que el complex OST en llevat està format per múltiples subunitats perfectament organitzades. La seva composició completa no es va establir fins que es van identificar també OST4 i OST5 a finals dels anys 1990.

Els treballs de Daniel J. Kelleher i Reid Gilmore van ser determinants per connectar els estudis de mamífers i llevat. A través de la purificació del complex OST en organismes superiors, van establir les correspondències entre les subunitats identificades bioquímicament en mamífers i els gens descoberts genèticament en llevat. Gràcies a aquests estudis es va demostrar que STT3 és la subunitat catalítica principal, responsable de la transferència de l’oligosacàrid preformat des del dolicol-pirofosfat al residu d’asparagina de la proteïna acceptora. A més, es va evidenciar que STT3 és una proteïna altament conservada en tots els eucariotes, subratllant la importància central de l'N-glicosilació en la biologia cel·lular. Proporcionant per primera vegada una descripció completa i integrada del complex OST.

Avenços recents en la caracterització estructural de l’OST mitjançant cryo-EM Els primers avenços en la determinació de l'estructura tridimensional del complex OST van arribar gràcies a la criomicroscòpia electrònica (cryo-EM). Entre els estudis més destacats trobem l'estudi de Rebekka Wild et al; que van determinar l'estructura 3D de l'OST del llevat (Saccharomyces cerevisiae), mitjançant cryo-EM a una resolució de 3,3 Å, suficient per distingir amb precisió la disposició de les subunitats i les regions funcionals del complex i els llocs de reconeixement del glicà i del substrat proteic.

Durant aquell mateix any a l'estudi de Katharina Braunger et al; van estudiar l'OST associat al ribosoma 80S, mostrant la seva integració en la glicosilació co-translacional.

L'any 2019, a l'estudi d'Ana S. Ramírez et al; van descriure les estructures humanes dels complexos OST-A i OST-B usant criomicroscòpia electrònica i descrivint diferències coformacionals i funcionals entre les isoformes. Actualment, l'OST és considerat un enzim essencial i altament conservat, present en tots els organismes eucariotes i en alguns arqueus. L'estudi de la seva estructura continua essent fonamental per a comprendre malalties genètiques derivades de defectes en l'N-glicosilació, com les Congenital Disorders of Glycosylation (CDG), i per explorar possibles estratègies terapèutiques dirigides a la modulació de la glicosilació.

Estructura i localització miniatura|300x300px|Imatge 3D del complex proteic OST dels llevats

Localització L'OST és un complex proteic ancorat a la membrana del reticle endoplasmàtic rugós (RER), on trobem el seu centre actiu a la zona luminal. Es troba associat al translocó Sec61 per poder exercir la seva funció durant la translocació co-traduccional.

Estructura El complex OST del llevat és un complex multiproteic format per 28 hèlixs transmembrana (TM), on cada subunitat, com a mínim, contribueix amb un domini transmembrana. La seva estructura es divideix en 3 subcomplexos principals:

Subcomplex 1: OST1 i OST5. Subcomplex 2: STT3, OST3 / OST6 i OST4. Subcomplex 3: OST2, WBP1 i SWP1

A les zones específiques de contacte de cada subcomplex s'observen fosfolípids estabilitzadors orientats cap al lumen del RER. Aquests fosfolípids actuen com estabilitzadors estructurals dins la membrana ajudant a omplir buits, reduir l'estrès lipídic i garantir que cada subunitat es trobi encaixada correctament.

Subcomplex 1: L'OST1 conté 1 hèlix transmembrana i dos subdominis luminals formats per fulls β, mentre que l'OST5, també amb 1 sola hèlix transmembrana, es troba en contacte estret amb l'OST1 a través de la seva hèlix N-terminal.

Subcomplex 2: STT3 (subunitat catalítica) està conformada per 13 hèlixs transmembrana i un domini luminal flexible. Les hèlixs de la STT3 estan en contacte directe amb l'OST4, subunitat composta per una única hèlix transmembrana, i amb les OST3/OST6, constituïdes per 3 hèlixs transmembrana. En la STT3 trobem el llaç extern EL5. És un llaç luminal que connecta les hèlixs transmembrana TM9 i TM10 de STT3. Forma part del nucli catalític de la subunitat i és essencial per a la seva funció.

OST3/OST6 presenten una regió luminal parcialment desordenada i flexible, mentre que OST4 presenta ambdós segments, N- i C-terminal desestructurats. Les unitats més flexibles de tot el complex OST són OST3 i SST3 que contenen regions intrínsecament desordenades. Aquestes regions mostren un fenomen conegut com a inducció d'ordenament o folding-upon-binding on el substrat de l'OST, el LLO (lipid-linked oligosaccharide o oligosacàrid enllaçat a lípid), s'uneix a la proteïna, induint que la seva regió flexible adopti una conformació estable.

Subcomplex 3: Connecta STT3 amb WBP1 i SWP1 mitjançant OST2, actuant com a pont transmembrana. OST2 té ~3 hèlixs transmembrana i una α-hèlix N-terminal de llargària 21-38 aminoàcids paral·lela a la membrana i situada al costat citosòlic on fa contacte amb els dominis transmembrana TM8 i TM9 de STT3.

La subunitat WBP1 conté dos dominis luminals amb plecs similars a proteïnes de funcions diverses com la proteïna de transport intraflagel·lar o la glutamina amidotransferasa. La SWP1 presenta un únic domini luminal unit a una sola hèlix transmembrana per un enllaç llarg.

Activitat Funcions de les subunitats Gràcies a la seva posició estratègica dins del complex, entre el translocó i les altres subunitats, l'OST1p té la funció d'estabilitzar l'estructura del complex, ja que és el punt d'ancoratge d'altres subunitats com la STT3p, WBP1p, SWP1p, disposant-les correctament respecte al translocó. Paral·lelament, reconeix les seqüències d'aminoàcids que marquen que la proteïna sintetitzada ha de ser glicosilada i l'orienta adequadament en l'espai. miniatura|300x300px|Estructura 3D del complex proteic OST en eucariotes superiors tipus A i B

Malgrat no ser els enzims catalítics principals, sí que tenen un paper important en la selecció de substrats que accedeixen al complex i en la modulació de l’activitat del complex. Conformen les isoformes del complex; és a dir, modifiquen l’especificitat del complex segons la presència d’una subunitat o l’altra.

Essencialment té una funció estructural i reguladora. Serveix per donar suport estructural al complex. És una subunitat molt important per a garantir l'eficiència de la glicosilació co-traduccional. Si no hi fos o funcionés incorrectament, provocaria dificultats en l'assemblatge dels complexos OST3p o OST6p i faria que l'activitat es redueixi. Té una funció catalítica, donat que transfereix l’oligosacàrid, desunint-lo del dolicol pirofosfat, a un residu d'asparagina de la cadena polipeptídica que cal glicosilar i que segueix la seqüència Asn - X - Ser/Thr (essent X qualsevol aminoàcid menys la prolina). És l’encarregada de catalitzar l’enllaç entre el glúcid i la proteïna de manera específica durant la glicosilació. Per tant, exerceix la funció més important, ja que conté el centre catalític. També conegudes com a subunitats beta i èpsilon, són subunitats que manquen de funció catalítica, però són essencials per a la funció global del complex. Formen una butxaca entre elles dues que implica la unió d'unitats terminals de la glucosa del glicà donador. És també coneguda com a subunitat zeta. Actualment, hi ha poca informació que provi amb certesa quina és l'activitat concreta d'aquesta subunitat al complex.

Mecanisme de reacció