ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTGlycosylation of unreactive substratesDaniel Kahne, Suzanne Walker, Yuan Cheng, and Donna Van EngenCite this: J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 17, 6881–6882Publication Date (Print):August 1, 1989Publication History Published online1 May 2002Published inissue 1 August 1989https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja00199a081https://doi.org/10.1021/ja00199a081research-articleACS PublicationsRequest reuse permissionsArticle Views3536Altmetric-Citations446LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-AlertscloseSupporting Info (1)»Supporting Information Supporting Information Get e-Alerts

Elongation of rod-shaped bacteria is mediated by a dynamic peptidoglycan-synthetizing machinery called the Rod complex. Here we report that, in Bacillus subtilis, this complex is functional in the absence of all known peptidoglycan polymerases. Cells lacking these enzymes survive by inducing an envelope stress response that increases the expression of RodA, a widely conserved core component of the Rod complex. RodA is a member of the SEDS (shape, elongation, division and sporulation) family of proteins, which have essential but ill-defined roles in cell wall biogenesis during growth, division and sporulation. Our genetic and biochemical analyses indicate that SEDS proteins constitute a family of peptidoglycan polymerases. Thus, B. subtilis and probably most bacteria use two distinct classes of polymerase to synthesize their exoskeleton. Our findings indicate that SEDS family proteins are core cell wall synthases of the cell elongation and division machinery, and represent attractive targets for antibiotic development.

The essential mammalian enzyme O-linked β-N-acetylglucosamine transferase (O-GlcNAc transferase, here OGT) couples metabolic status to the regulation of a wide variety of cellular signalling pathways by acting as a nutrient sensor. OGT catalyses the transfer of N-acetylglucosamine from UDP-N-acetylglucosamine (UDP-GlcNAc) to serines and threonines of cytoplasmic, nuclear and mitochondrial proteins, including numerous transcription factors, tumour suppressors, kinases, phosphatases and histone-modifying proteins. Aberrant glycosylation by OGT has been linked to insulin resistance, diabetic complications, cancer and neurodegenerative diseases including Alzheimer's. Despite the importance of OGT, the details of how it recognizes and glycosylates its protein substrates are largely unknown. We report here two crystal structures of human OGT, as a binary complex with UDP (2.8 Å resolution) and as a ternary complex with UDP and a peptide substrate (1.95 Å). The structures provide clues to the enzyme mechanism, show how OGT recognizes target peptide sequences, and reveal the fold of the unique domain between the two halves of the catalytic region. This information will accelerate the rational design of biological experiments to investigate OGT's functions; it will also help the design of inhibitors for use as cellular probes and help to assess its potential as a therapeutic target.

Cancer cells upregulate glycolysis, increasing glucose uptake to meet energy needs. A small fraction of a cell's glucose enters the hexosamine biosynthetic pathway (HBP), which regulates levels of O-linked beta-N-acetylglucosamine (O-GlcNAc), a carbohydrate posttranslational modification of diverse nuclear and cytosolic proteins. We discovered that breast cancer cells upregulate the HBP, including increased O-GlcNAcation and elevated expression of O-GlcNAc transferase (OGT), which is the enzyme catalyzing the addition of O-GlcNAc to proteins. Reduction of O-GlcNAcation through RNA interference of OGT in breast cancer cells leads to inhibition of tumor growth both in vitro and in vivo and is associated with decreased cell-cycle progression and increased expression of the cell-cycle inhibitor p27(Kip1). Elevation of p27(Kip1) was associated with decreased expression and activity of the oncogenic transcription factor FoxM1, a known regulator of p27(Kip1) stability through transcriptional control of Skp2. Reducing O-GlcNAc levels in breast cancer cells decreased levels of FoxM1 protein and caused a decrease in multiple FoxM1-specific targets, including Skp2. Moreover, reducing O-GlcNAcation decreased cancer cell invasion and was associated with the downregulation of matrix metalloproteinase-2, a known FoxM1 target. Finally, pharmacological inhibition of OGT in breast cancer cells had similar anti-growth and anti-invasion effects. These findings identify O-GlcNAc as a novel mechanism through which alterations in glucose metabolism regulate cancer growth and invasion and suggest that OGT may represent novel therapeutic targets for breast cancer.

The enterococci are Gram-positive lactic acid bacteria that inhabit the gastrointestinal tracts of diverse hosts. However, Enterococcus faecium and E. faecalis have emerged as leading causes of multidrug-resistant hospital-acquired infections. The mechanism by which a well-adapted commensal evolved into a hospital pathogen is poorly understood. In this study, we examined high-quality draft genome data for evidence of key events in the evolution of the leading causes of enterococcal infections, including E. faecalis, E. faecium, E. casseliflavus, and E. gallinarum. We characterized two clades within what is currently classified as E. faecium and identified traits characteristic of each, including variation in operons for cell wall carbohydrate and putative capsule biosynthesis. We examined the extent of recombination between the two E. faecium clades and identified two strains with mosaic genomes. We determined the underlying genetics for the defining characteristics of the motile enterococci E. casseliflavus and E. gallinarum. Further, we identified species-specific traits that could be used to advance the detection of medically relevant enterococci and their identification to the species level.

Methicillin resistance in Staphylococcus aureus depends on the production of mecA, which encodes penicillin-binding protein 2A (PBP2A), an acquired peptidoglycan transpeptidase (TP) with reduced susceptibility to β-lactam antibiotics. PBP2A cross-links nascent peptidoglycan when the native TPs are inhibited by β-lactams. Although mecA expression is essential for β-lactam resistance, it is not sufficient. Here we show that blocking the expression of wall teichoic acids (WTAs) by inhibiting the first enzyme in the pathway, TarO, sensitizes methicillin-resistant S. aureus (MRSA) strains to β-lactams even though the β-lactam-resistant transpeptidase, PBP2A, is still expressed. The dramatic synergy between TarO inhibitors and β-lactams is noteworthy not simply because strategies to overcome MRSA are desperately needed but because neither TarO nor the activities of the native TPs are essential in MRSA strains. The "synthetic lethality" of inhibiting TarO and the native TPs suggests a functional connection between ongoing WTA expression and peptidoglycan assembly in S. aureus. Indeed, transmission electron microscopy shows that S. aureus cells blocked in WTA synthesis have extensive defects in septation and cell separation, indicating dysregulated cell wall assembly and degradation. Our studies imply that WTAs play a fundamental role in S. aureus cell division and raise the possibility that synthetic lethal compound combinations may have therapeutic utility for overcoming antibiotic-resistant bacterial infections.

Staphylococcus aureus peptidoglycan (PG) is densely functionalized with anionic polymers called wall teichoic acids (WTAs). These polymers contain three tailoring modifications: d-alanylation, α-O-GlcNAcylation, and β-O-GlcNAcylation. Here we describe the discovery and biochemical characterization of a unique glycosyltransferase, TarS, that attaches β-O-GlcNAc (β-O-N-acetyl-D-glucosamine) residues to S. aureus WTAs. We report that methicillin resistant S. aureus (MRSA) is sensitized to β-lactams upon tarS deletion. Unlike strains completely lacking WTAs, which are also sensitive to β-lactams, ΔtarS strains have no growth or cell division defects. Because neither α-O-GlcNAc nor β-O-Glucose modifications can confer resistance, the resistance phenotype requires a highly specific chemical modification of the WTA backbone, β-O-GlcNAc residues. These data suggest β-O-GlcNAcylated WTAs scaffold factors required for MRSA resistance. The β-O-GlcNAc transferase identified here, TarS, is a unique target for antimicrobials that sensitize MRSA to β-lactams.

O-GlcNAc transferase (OGT) is an essential mammalian enzyme that regulates numerous cellular processes through the attachment of O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) residues to nuclear and cytoplasmic proteins. Its targets include kinases, phosphatases, transcription factors, histones, and many other intracellular proteins. The biology of O-GlcNAc modification is still not well understood, and cell-permeable inhibitors of OGT are needed both as research tools and for validating OGT as a therapeutic target. Here, we report a small molecule OGT inhibitor, OSMI-1, developed from a high-throughput screening hit. It is cell-permeable and inhibits protein O-GlcNAcylation in several mammalian cell lines without qualitatively altering cell surface N- or O-linked glycans. The development of this molecule validates high-throughput screening approaches for the discovery of glycosyltransferase inhibitors, and further optimization of this scaffold may lead to yet more potent OGT inhibitors useful for studying OGT in animal models.