O-连接N-乙酰氨基葡萄糖（O-GlcNAc）转移酶（OGT）催化O-糖苷键中单个N-乙酰氨基葡糖添加到丝氨酸或苏氨酸残基。由于磷酸化和糖基化都会竞争类似的丝氨酸或苏氨酸残基，这两个过程可能会竞争位点，或者它们可能会通过立体或静电效应改变邻近位点的底物特异性（Lubas等人，1997年）。O-GlcNAc的去除由O-连接的N-乙酰氨基葡萄糖酶（OGA；604039）催化（由Vaidyanathan等人总结，2017年）。OGT也在宿主细胞因子C1（HCFC1；300019）的蛋白水解过程中发挥作用（Willems等人，2017年总结）。
Haltiwanger等人（1992年）纯化了大鼠肝脏OGT，并确定其分子量为340 kD。他们提出OGT是一种异三聚体复合物，有2个110 kD的亚基和1个78 kD的亚基。然而，利用兔子OGT，Lubas等人（1997年）分析了这两种多肽的蛋白水解指纹图谱，发现两者是相关的。他们认为78-kD带是110-kD多肽的蛋白水解产物或替代翻译起始位点的产物。Kreppel等人（1997年）克隆了编码110-kD亚单位的大鼠cDNA。表达大鼠OGT的人细胞的免疫荧光表明，OGT存在于细胞核和胞质溶胶中。
通过搜索含有兔OGT部分蛋白序列的EST数据库，Lubas等人（1997年）鉴定了人类和秀丽线虫OGT cDNA。预测的920-氨基酸人类蛋白包含9个四肽重复序列和一个推测的二分核定位信号。表达OGT的HeLa细胞在长时间孵育过程中存活不佳，这表明该蛋白可能对细胞有毒。Southern blot分析表明人类中存在一个OGT基因。Northern blot分析显示，OGT以多种转录物的形式表达，在不同的人体组织中以不同的数量存在，在胰腺中的表达水平最高。
Wu等人（2017）表示，OGT（他们称之为OGT1）具有N末端13.5 TPR超螺旋结构和C末端催化结构域。
核蛋白和细胞质蛋白糖基化是真核细胞中广泛存在的可逆翻译后修饰。OGT催化通过向丝氨酸和苏氨酸中添加N-乙酰氨基葡萄糖进行细胞内糖基化。细胞内蛋白质的这种“O-GlcNAcylation”可能发生在磷酸化位点上，并与控制基因转录、神经丝组装以及糖尿病和神经疾病的发生有关。为了在体内研究OGT功能，Shafi等人（2000年）在男性胚胎干细胞中使用基因靶向方法。他们发现OGT突变需要一种保留完整OGT基因的策略，就像使用Cre-loxP重组一样，因为OGT基因缺失会导致胚胎干细胞活性丧失。在大多数细胞类型中，小鼠OGT RNA的表达相对较高，而胰腺中的表达水平较低。小鼠生殖系OGT等位基因的分离表明，完整的OGT等位点是胚胎发生完成所必需的。这些研究说明了条件基因靶向方法在必要的X连锁基因突变和研究中的必要性，并表明OGT参与细胞内糖基化对胚胎干细胞存活和小鼠个体发育至关重要。
转录因子和RNA聚合酶II可以被丝氨酸或苏氨酸残基上的O-GlcNAc单糖修饰，但这种修饰的确切功能作用还不清楚。Yang等人（2002年）表明，OGT是一种催化这种翻译后修饰的酶，它通过与辅阻遏物Sin3A结合与组蛋白脱乙酰酶复合物相互作用（607776）。在功能上，OGT和Sin3A协同抑制转录，与组蛋白脱乙酰化平行。作者提出，Sin3A将OGT靶向启动子，通过O-GlcNAc修饰使转录因子和RNA聚合酶II失活，其与组蛋白脱乙酰化协同作用，以高效和特异的方式促进基因沉默。
Zhang等人（2003年）证明，Ogt介导的修饰可以抑制哺乳动物26S蛋白酶体，从而抑制转录因子Sp1（189906）和疏水性测试肽的蛋白水解。O-GlcNAc在体外和体内修饰了蛋白酶体19S帽中的Rpt2 ATP酶，随着其修饰的增加，蛋白酶体功能下降。
Yang等人（2008年）表明OGT含有一种以前未被识别的磷脂酰肌醇结合域。在用胰岛素诱导后，磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸将OGT从细胞核招募到质膜，在那里酶催化O-GlcNAc对胰岛素信号通路的动态修改。这导致关键信号分子磷酸化的改变和胰岛素信号转导的减弱。OGT在肝脏的过度表达会损害胰岛素反应基因的表达，并导致胰岛素抵抗和血脂异常。Yang等人（2008年）的结论是，他们的发现确定了营养线索通过O-GlcNAc调节胰岛素信号的分子机制，并强调了这种修饰对胰岛素抵抗和2型糖尿病病因的贡献（125853）。
循环葡萄糖浓度的增加激活己糖生物合成途径，并通过OGT促进蛋白质的O-糖基化。Dentin等人（2008年）表明，OGT通过调节cAMP反应元件结合蛋白（CREB）2（TORC2或CRTC2；608972）的换能器的O-糖基化作用触发肝糖异生。CRTC2在细胞质中通常通过磷酸化依赖性机制螯合CRTC2的位点被O-糖基化。通过表达去糖基化酶O-GlcNAcase（604039）减少O-糖基化CRTC2的数量，阻断了葡萄糖对糖异生的影响，证明了己糖生物合成途径在葡萄糖不耐受发展中的重要性。
Fujiki等人（2011年）报告称，组蛋白H2B（参见609904）在体外和活细胞中由OGT在S112残基处的O-连接N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAcylated）酰化。组蛋白GlcNAcylization通过己糖生物合成途径对细胞外葡萄糖作出反应而波动。H2B S112-GlcNAcylation促进K120单泛素化，其中GlcNAc部分可以作为组蛋白H2B泛素连接酶的锚定。H2B S112-GlcNAc定位于苍蝇多线染色体的常染色区。在全基因组分析中，H2B S112 GlcNAcylation位点广泛分布于包括转录基因位点在内的染色体上，一些位点与H2B K120单泛素化共定位。Fujiki等人（2011年）得出结论，H2B S112 GlcNAcylation是一种组蛋白修饰，促进H2BK120单泛素化，可能用于转录激活。
Chen等人（2013年）利用蛋白质亲和纯化技术寻找TET蛋白的功能性伴侣，发现TET2（612839）和TET3（613555）与OGT相关，OGT是一种酶，在体内催化将O-GlcNAc添加到丝氨酸和苏氨酸残基上（O-GlcNA酰化）。TET2直接与OGT相互作用，这对OGT在体内的染色质结合非常重要。尽管这种特定的相互作用不调节TET2的酶活性，但它促进了OGT依赖性组蛋白O-GlcNAcylation。此外，OGT在转录起始位点与TET2相关。TET2的下调降低了体内组蛋白2B S112 GlcNAc标记的数量，这与基因转录调控有关。Chen等人（2013年）的结论是，综合起来，他们的结果显示染色质的TET2依赖的O-GlcNA酰化。TET2和OGT对DNA和组蛋白的双重表观遗传修饰协调了基因转录的调控。
Wu等人（2017年）指出，OGT1和NSL3（617742）是一种非特异性致死（NSL）组蛋白乙酰转移酶复合物的亚单位，可乙酰化组蛋白H4（见602822）残基lys5（K5）、K8和K16。OGT1或NSL3的敲除以剂量依赖的方式减少了H4K16的全局乙酰化。免疫沉淀分析显示内源性OGT1和NSL3在HEK293和HeLa细胞中相互作用，突变分析显示OGT1的N末端TPR重复域与NSL3的脱水解酶域相互作用。在体外，OGT1在供体UDP-O-GlcNAc存在下催化NSL3的O-GlcNAc修饰。O-GlcNAc修饰稳定了NSL3，NSL-HAT复合物的H4K16乙酰化需要稳定的NSL3。
晶体结构
Lazarus等人（2011年）报告了人类OGT的两种晶体结构，一种是UDP的二元络合物（2.8埃分辨率），另一种是具有UDP和肽底物的三元络合物。这些结构为酶机制提供了线索，显示了OGT如何识别目标肽序列，并揭示了催化区域的两个半部分之间独特结构域的折叠。
宿主细胞因子1的裂解
宿主细胞因子-1（HCFC1；300019）是人类细胞周期进程的转录协同调节因子，它经历了蛋白水解成熟过程，其中6个重复序列中的任何一个被营养反应性糖基转移酶OGT裂解。Lazarus等人（2013年）报告称，OGT的四三肽重复结构域结合HCFC1蛋白水解酶重复序列的羧基末端部分，从而使裂解区域位于二磷酸尿苷-GlcNAc上方的糖基转移酶活性部位。构象类似于糖基化竞争性肽底物的构象。半胱氨酸和谷氨酸残基之间发生裂解，产生焦谷氨酸产品。切割位点谷氨酸转化为丝氨酸将HCFC1蛋白水解重复序列转化为糖基化底物。Lazarus等人（2013年）得出结论，蛋白质糖基化和HCFC1裂解发生在同一活性部位。
Shafi等人（2000）确定OGT基因的单个拷贝存在于男性基因组中。通过FISH，他们将人类OGT基因映射到与神经疾病相关的Xq13区域。通过辐射杂交分析，他们将小鼠同源物映射到D区着丝粒附近的X染色体上。
在X连锁智力发育障碍-106（XLID106；300997）家族的3名男性患者中，Vaidyanathan等人（2017年）在OGT基因中发现了一个半合子错义突变（L254F；300255.0001）。通过外显子组测序发现并经Sanger测序证实的突变与该家族中的疾病分离。患者细胞显示OGT蛋白水平降低，表明突变蛋白不稳定，但细胞转染研究表明突变酶保留OGT催化活性。由于代偿机制，即OGA（604039）蛋白和mRNA水平降低，患者细胞具有正常的稳态全局O-GlcNAc水平。OGA启动子活性降低与含有OGT的转录抑制复合物的富集有关，该复合物含有定位于OGA近端启动子区域的mSIN3A（607776）和HDAC1（601241）。突变细胞的转录组分析显示几个基因的差异表达。
Willems等人（2017年）在2名患有XLID106的无关男孩中发现OGT基因的半合子突变（300255.0002和300255.0003）。通过外显子组测序发现突变并通过Sanger测序证实；其中一个突变是从头发生的，而另一个是从未受影响的母亲那里遗传来的。患者细胞的OGT蛋白水平略有降低，OGA蛋白水平也有所降低，但总体O-GlcNAc水平与对照组相似。对其中一个突变（R284P；300255.0002）的重组研究表明，突变OGT易于去折叠，并对复杂的糖基化底物具有降低的糖基化度。HCFC1的蛋白水解过程也减少了。研究结果表明，O-GlcNAc稳态和HCFC1蛋白水解缺陷可能在OGT突变患者的智力残疾中起作用。
Selvan等人（2018年）在2个家族的3名患者中发现了OGT基因的半合子突变（A259T，300255.0004和E339G，300255.00 05），包括一对XLID106的同胞对。这两个家族的突变都是母系遗传的。具有A259T或E339G突变的重组OGT的功能评估显示，与野生型蛋白相比，稳定性降低，催化活性降低。人类胚胎干细胞系中表达OGT的A259T或E339G突变的RNA-seq转录组学分析显示LXR/RXR通路下调，这与神经元发育有关。与野生型相比，在任一突变细胞系中均未观察到O-GlcNAc总谱的变化。
Pravata等人（2020年）报告了一名XLID106患者OGT基因（N648Y；300255.0006）中的半合子错义突变。与野生型相比，具有N648Y突变的重组OGT蛋白的底物结合降低，模型受体底物TAB1的糖基化降低。
Lagerlof等人（2016年）指出，小鼠体内的组成性Ogt缺失是胚胎致死性的。他们使用α-CamkII（CAMK2A；114078）启动子从成年小鼠大脑中α-CamkⅡ阳性神经元中删除Ogt基因。Ogt-/-小鼠因饮食过量而肥胖。他们还表现出过度活动，伴随着呼吸交换比率的增加。Ogt-/-室旁核（PVN）的原位杂交显示，在吞咽过度之前，促甲状腺素释放激素（TRH；613879）降低，而其他神经肽没有变化。与野生型相比，Ogt基因敲除使PVN神经元的平均微型兴奋性突触后电流（mEPSC）频率降低72%。Ogt基因敲除更适度地降低了mEPSC振幅，对其他mEPSC参数没有影响。Lagerlof等人（2016年）得出结论，OGT活动通过调节来自α-CamkII阳性PVN神经元的兴奋性突触输入，将能量摄入与能量需要耦合，至少在一定程度上是这样。