ManNAc attenuates Man5 glycoform abundance through GNE-mediated metabolic channeling of UDP-GlcNAc to N-glycosylation modifications via CMP-Neu5Ac biosynthesis

糖基化 生物合成 化学 代谢途径 生物化学
作者
Ruiqiang Sun,Miaomiao Chai,Jinyu Man,Guang‐Yu Yang,Shu Horiuchi,Qiancheng Wang,Cong Tian,Linlin Wang,Shanhui Liao,Yifeng Zhang,Yanyan Cao,Lisha Xia,Haili Yang,Ting Zhang,Liying Ma,Shen Cao,Qiao Gao,Yichen Le,Mingli Shi,Qiuli Li
出处
期刊:mAbs [Landes Bioscience]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1080/19420862.2025.2561823
摘要

N-glycosylation, a critical quality attribute of monoclonal antibodies, plays a pivotal role in regulating pharmacokinetics and pharmacodynamics through high-mannose (Man5) glycoform modulation. While our previous work demonstrated that N-acetyl-D-mannosamine (ManNAc) supplementation effectively reduces Man5 levels without compromising antibody yield or other critical quality attributes, the mechanistic basis remained unclear. This study systematically investigates ManNAc's regulatory mechanism through a multi-parametric analysis. Cellular uptake studies revealed a 3-day latency period preceding Man5 reduction post-ManNAc administration. Subsequent transcriptional profiling showed no significant alterations in Man5-associated enzyme expression (Mgat1, Mgat2, Man2a1, SLC35A3), while metabolomic analysis demonstrated marked elevation of intracellular ManNAc, uridine-diphosphate-N-acetylglucosamine (UDP-GlcNAc), and cytidine-5'-monophospho-N-acetylneuraminic acid (CMP-Neu5Ac) levels. Mechanistic studies revealed two critical findings: (1) Chinese hamster ovary cells exhibit minimal endogenous N-acetyl-D-glucosamine-2-epimerase expression, and (2) CMP-Neu5Ac exerts potent inhibition on glucosamine (UDP-N-acetyl)-2-epimerase/N-acetylmannosamine kinase (GNE) activity in vitro, despite ManNAc's lack of transcriptional regulation on GNE. We propose a metabolic flux redirection model, where ManNAc-derived CMP-Neu5Ac accumulation inhibits GNE activity, thereby shunting UDP-GlcNAc from sialic acid biosynthesis toward N-glycosylation pathways to reduce Man5 levels. This work not only identifies UDP-GlcNAc substrate limitation as a key constraint in antibody glycosylation but also establishes exogenous monosaccharide supplementation as a novel metabolic engineering strategy for Man5 optimization. These findings provide critical mechanistic insights for precision glycoengineering of therapeutic antibodies.
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