11.4:N結合タンパク質のグリコシル化はERで始まる

糖鎖付加は、糖残基が接触する以外の細胞への分子フラグまたは認識シグナルとしてしばしば使用されるため、真核生物タンパク質の重要な改変である。 タンパク質のグリコシル化には二つのタイプがあり、どちらも標的ポリペプチドをERにインポートする必要がある。 N結合グリコシル化は実際には小胞体で始まるが、ポリペプチドがゴルジ装置に輸送されるまでO結合グリコシル化は起こらない。 したがって、N-結合グリコシル化は通常共翻訳機構として開始することができる(およびそうである)が、O-結合グリコシル化は翻訳後に発生しなければならない場合でもある。 グリコシル化の二つのタイプの他の主要な違いは、(1)N-結合グリコシル化は、n-X-SまたはN-X-T配列内のアスパラギン(N)残基に発生します(XはPまたはD以外の任意のアミノ酸である)一方、O-結合グリコシル化は、周囲の配列によってではなく、二次および三次構造によって決定されるセリンまたはスレオニン残基の側鎖ヒドロキシル酸素に発生します; (2)N結合グリコシル化は、14個の特定の糖残基の”ツリー”から始まり、その後剪定され、改造されるが、O結合グリコシル化は個々の糖の逐次添加に基づいており、通常は少数の残基を超えて拡張しないが、かなり大きいままである。

技術的には、n-グリコシル化はタンパク質が翻訳される前に始まり、ドリコールピロリン酸オリゴ糖(すなわち、砂糖”木”-公式の用語ではない)は翻訳やタンパク質の入力によって引き起こされることなくERで合成される(図\(\PageIndex{12}\))。

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図\(\PageIndex{12}\)。 N-グリコシル化”糖樹”の形成とタンパク質への付着。 各ステップはグリコシルトランスフェラーゼによって触媒される。 なお、糖基質は糖ヌクレオチドであり、単離された糖分子ではない。

ドリコールは主にER膜に見られる長鎖炭化水素であり、n-グリコシル化オリゴ糖の一時的なアンカーとして機能し、合成され、適切なタンパク質がグリコシル化するのを待つ。 オリゴ糖の合成は、ピロリン酸リンカーに二つのN-アセチルグルコサミン残基を添加し、続いてマンノースを添加することから始まる。 このマンノースからオリゴ糖は分岐し、一方の分岐はさらに三つのマンノース残基を受け取り、他方の分岐は一つを受け取る。 これまでのところ、オリゴ糖へのこれらの添加はすべて細胞質で行われている。 今、糖脂質はER内腔に内側に反転されています! 内腔に入ると、さらに4つのマンノースが追加され、最後に3つのグルコース残基が構造から離れてトップになります。

すべてのヌクレオシドがこのプロセスに使用されているわけではありません: 糖はUDP、GDP、およびCMPにリンクされているだけであることが判明しています。 UDPは最も汎用性が高く、n-アセチルガラクトサミン(GalNAc)、N-アセチルグルコサミン(GlcNAc)、N-アセチルムラミン酸、ガラクトース、グルコース、グルクロン酸、キシロースを結合する。 GDPはマンノースとフコースに使用され、CMPはシアル酸にのみ使用されます。

グリコシル化を達成する酵素は、添加された糖残基と標的オリゴ糖の両方に特異的なグリコシルトランスフェラーゼである。 酵素によって使用される糖は、単に砂糖ではなく、ヌクレオチド糖-通常、ヌクレオシド二リン酸、例えばウラシル二リン酸グルコース(UDP-グルコース)またはGDP-マンノースに連結された糖である。

N結合オリゴ糖には二つの生理学的役割があり、さらなるグリコシル化のための塩基として作用し、カルネキシン-カルレチクリン系によるタンパク質フォールディングのエラーチェックのマーカーとして使用されている(図\(\PageIndex{13}\))。 オリゴ糖が新しいポリペプチドに接続されると、さらなるグリコシル化のプロセスは、グルコシダーゼの作用から始まり、それはグルコースの二つを取 最後のグルコースは、遅いグルコシダーゼ活性を有し、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ様活性と関連する非常に類似したタンパク質であるカルネキシンまたはカルレチクリン(図13、ステップ1または4)のいずれかで糖タンパク質ドックを助けるために必要である。

タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ様の活性は、技術的にはチオール酸化還元酵素であるErp57に由来するが、機能的にはPDIに類似している。

主な違いは、カルレチクリンはER内腔に可溶であり、カルネキシンはER膜に結合していることです。 両方とも一時的にそれに時間を与える糖蛋白質に(再)折目に握り、多分ジスルフィドの結束を再配列して下さい、そしてブドウ糖を取除き、糖蛋白質が方法で続くようにします。 重要なことに、糖タンパク質が完全に折り畳まれていない場合(ステップ2a)、酵素UDP-グルコース:糖蛋白質のglucosyltransferase(GT)はそれを確認し、正しく折ることを期待してcalreticulin/calnexin周期を再度行くためにそれを強制するブドウ糖の残余を(ステップ3)加えます。 それが正しく折り畳まれている場合(ステップ2b)、それはマンノースを除去し、ERのグリコシル化修飾を完了するER-α-1,2-マンノシダーゼによって認識することができる。

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図\(\PageIndex{13}\)。 N-グリコシル化は、エラーチェックに使用することができます。

大部分の糖タンパク質は、小胞輸送によって小胞体からゴルジ装置に移動されると、オリゴ糖リモデリングを継続する。 そこでは、様々なグリコシダーゼやグリコシルトランスフェラーゼがプルーンしてオリゴ糖に添加する。 グリコシル化は一貫性があり、特定のタンパク質に対してステレオタイプであるが、グリコシル化パターンがどのように決定されるかはまだ正確には不明である。

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図\(\PageIndex{14}\)。 N結合グリコシル化はゴルジで継続することができる。 糖はゴルジに存在するグリコシルトランスフェラーゼによって異なるパターンで添加および除去され得る。

二つの一般的な抗生物質、ツニカマイシンとバシトラシンは、それらの抗生物質の特性は、細菌の細胞壁の形成を破壊することから来るが、N結合グリコシル TunicamycinはUDP-GlcNAcの類似体であり、真核細胞の内部では、dolichol-リン酸塩への最初のGlcNAc添加を遮断することによって、最初のオリゴ糖形成を破壊することができる。 それは真核細胞に輸送することができるので、ツニカマイシンはその毒性のために臨床的に有用ではない。 一方、バシトラシンは、オリゴ糖を構築するために必要とされるdolichol-Pへの脱リン酸化を防止するdolichol-PPに結合する小さな環状ポリペプチドである。 バシトラシンは細胞透過性ではないので、細胞壁形成に必要な細胞外糖脂質合成を破壊することによって細菌に対するツニカマイシンと同様の活性を有するにもかかわらず、真核生物に無害であり、したがって有用な治療用抗生物質である。

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