글리칸

Glycan
글루칸과 혼동하지 마세요.

글리칸과 다당류라는 용어는 IUPAC에 의해 "많은 수의 [1]단당류들이 글리코시드로 연결된 화합물"을 의미하는 동의어로 정의된다.그러나 실제로는 당단백질,[2] 당지질 또는 프로테오글리칸과 같은 당결합체의 탄수화물 부분을 가리키는 데 글리칸이라는 용어를 사용할 수도 있다.글리칸은 보통 단당류의 O-글리코시스 결합으로만 구성됩니다.예를 들어 셀룰로오스는 β-1,4-연결된 D-글루코스로 이루어진 글리칸(더 구체적으로 말하면 글루칸), 키틴은 β-1,4-연결된 N-아세틸-D-글루코사민으로 이루어진 글리칸이다.글리칸은 단당 잔기의 호모 또는 헤테로폴리머일 수 있으며 선형 또는 분기될 수 있다.

글리칸과 단백질

다음 항목도 참조하십시오.글리칸-단백질 상호작용

글리칸은 당단백질과 프로테오글리칸에서처럼 단백질에 붙어있는 것을 발견할 수 있다.일반적으로 세포 외부 표면에 있습니다.O-결합 글리칸과 N-결합 글리칸은 진핵생물에서 매우 흔하지만 원핵생물에서도 발견될 수 있다.

N-연결 글리칸

주요 기사: N-연결 글리코실화

서론

N-연결글리칸은 내소체 중 아스파라긴(Asn) 측쇄 질소(N)에 부착되어 있다.세컨은 Asn-X-Ser 또는 Asn-X-Thr 배열이며, 여기서 X는 프롤린을 제외한 모든 아미노산이며 글리칸은 N-아세틸갈락토사민, 갈락토스, 뉴라민산, N-아세틸글루코사민, 푸코스, 만노스 및 기타 단당류로 구성될 수 있다.

어셈블리

진핵생물에서 N결합 글리칸은 세포질 및 소포체 내에 조립된 코어 14당 단위에서 유래한다.먼저 지질인 돌리콜1인산염에 2개의 N-아세틸글루코사민 잔기를 내소체막 외측에 부착한다.그런 다음 5개의 만노오스 잔기가 이 구조에 첨가된다.이 때 부분 종료된 코어 글리칸은 내소체막을 가로질러 뒤집혀 망상 내강 내에 위치하게 된다.그런 다음 4개의 만노오스 잔기를 추가하여 소포체 내에서 조립이 계속된다.마지막으로 3개의 포도당 잔류물을 이 구조에 첨가한다.전체 조립 후 글리칸은 글리코실전달효소 올리고사카릴전달효소에 의해 망상내강 내에서 신생펩타이드사슬에 일괄적으로 전달된다.따라서 N-연결 글리칸의 핵심 구조는 14개의 잔류물(글루코스 3개, 만노스 9개, N-아세틸글루코사민 2개)로 구성된다.

이미지: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.figgrp.469

어두운 사각형은 N-아세틸글루코사민, 밝은 원은 만노스, 어두운 삼각형은 포도당입니다.

처리, 변경 및 다양성

초기 펩타이드 사슬에 전달된 후, 일반적으로 N-결합 글리칸은 광범위한 처리 반응을 거치며, 여기서 세 개의 포도당 잔류물은 물론 문제의 N-결합 글리칸에 따라 여러 개의 만노오스 잔류물이 제거된다. 결합 글리칸에 따라 제거된다.포도당 잔류물의 제거는 적절한 단백질 접힘에 따라 달라집니다.이러한 가공 반응은 골지 장치에서 발생합니다.변형 반응은 당에 인산염 또는 아세틸기를 첨가하거나 뉴라미닌산과 같은 새로운 당을 첨가하는 것을 포함할 수 있다.골지 내에서 N-결합 글리칸의 처리 및 수정은 선형 경로를 따르지 않는다.그 결과 골지 내 효소 활성에 따라 N-결합 글리칸 구조의 다양한 변형이 가능하다.

기능과 중요성

N-결합 글리칸은 진핵세포에서 적절한 단백질 접힘에 매우 중요하다.칼넥신 및 칼레티쿨린과 같은 소포체 내 샤페론 단백질은 코어 N-결합 글리칸에 존재하는 세 개의 포도당 잔류물에 결합합니다.이 샤페론 단백질은 글리칸이 붙어 있는 단백질의 접힘을 돕는 역할을 한다.적절하게 접힌 후 세 개의 포도당 잔류물이 제거되고 글리칸은 추가적인 처리 반응으로 이동합니다.단백질이 제대로 접히지 않으면 3개의 포도당 잔류물이 재접합되어 단백질이 샤페론과 재결합할 수 있다.이 주기는 단백질이 적절한 형태에 도달할 때까지 여러 번 반복될 수 있습니다.단백질이 반복적으로 적절하게 접히지 않으면 내소체망에서 배설되어 세포질단백질가수분해효소에 의해 분해된다.

또한 N-결합 글리칸은 입체효과에 의해 단백질 접힘에 기여한다.예를 들어 펩타이드 중의 시스테인 잔기가 다른 시스테인 잔기와 디술피드 결합을 형성하지 못하도록 일시적으로 차단해도 된다.따라서, N-연결 글리칸의 존재는 세포가 어떤 시스테인 잔류물이 디술피드 결합을 형성할 것인지를 제어할 수 있게 한다.

N-결합 글리칸은 또한 세포-세포 상호작용에서 중요한 역할을 한다.예를 들어, 종양 세포는 N-연결 글리칸을 비정상적으로 만든다.이것들은 내추럴 킬러 세포의 CD337 수용체에 의해 문제의 세포가 암이라는 신호로 인식된다.

면역 체계 내에서, 면역 세포 표면의 N-연결 글리칸은 세포의 이동 패턴을 지시하는데 도움을 줄 것입니다. 예를 들어, 피부로 이동하는 면역 세포는 그 부위에 [3]호밍하는 것을 선호하는 특정한 글리코실화를 가지고 있습니다.IgE, IgM, IgD, IgE, IgA 및 IgG를 포함한 다양한 면역 글로불린에 대한 글리코실화 패턴은 Fc 및 다른 면역 [3]수용체에 대한 친화력을 변화시킴으로써 그들에게 독특한 이펙터 기능을 부여합니다.글리칸은 또한 류마티스 관절염과 제1형 [5]당뇨병을 포함한 다양한 자가면역질환의 [3]병태생리학에 관련이 있을 수 있는 "자기"와 "비자기" 구별에 관여할 수 있다.

분해 리소좀 효소의 표적화도 N-결합 글리칸에 의해 달성된다.N-연결 글리칸과 만노스-6-인산 잔기의 변형은 이 글리칸이 부착된 단백질이 리소좀으로 이동되어야 한다는 신호 역할을 한다.만노스-6-인산의 존재에 의한 리소좀 효소의 인식 및 전달은 CI-MPR(카티온 의존성 만노스-6-인산 수용체)과 CD-MPR(카티온 의존성 만노스-6-인산 수용체)의 두 가지 단백질에 의해 달성된다.

O-연결 글리칸

주요 기사: O-링크 글리코실화

서론

진핵생물에서는 골지장치 내 펩타이드 사슬의 세린 또는 트레오닌 잔기에 O결합 글리칸을 한 번에 1개씩 조립한다.N-결합 글리칸과 달리 아직 알려진 컨센서스 배열은 없다.단, 프롤린 잔기의 세린 또는 트레오닌에 대한 -1 또는 +3 중 하나에 배치하는 것이 O-연결 글리코실화에 바람직하다.

어셈블리

O-결합 글리칸의 합성에 첫 번째 단당류는 N-아세틸-갈락토사민이다.그 후, 몇 가지 다른 경로가 가능하다.코어 1 구조는 갈락토스를 첨가하여 생성된다.Core 1 구조의 N-아세틸-갈락토사민에 N-아세틸-글루코사민을 첨가하여 Core 2 구조를 생성한다.코어 3 구조는, 원래의 N-아세틸-갈락토사민에 단일의 N-아세틸-글루코사민을 첨가하는 것으로 생성된다.코어4 구조는 코어3 구조에 제2의 N-아세틸-글루코사민을 첨가하여 생성된다.일반적이지 않지만 다른 핵심 구조도 가능합니다.

이미지:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.figgrp.561 : Core 1 및 Core 2 세대.흰색 사각형 = N-아세틸-갈락토사민, 검은색 동그라미 = 갈락토오스, 검은색 사각형 = N-아세틸-글루코사민.주의: 이 다이어그램에 오류가 있습니다.각 이미지에서 맨 아래 사각형은 항상 흰색이어야 하며 검은색이어야 합니다.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.figgrp.562 : Core 3 및 Core 4 세대.

O-연결 글리칸의 일반적인 구조적 주제는 다양한 코어 구조에 폴리락토사민 단위를 추가하는 것이다.이들은 갈락토스와 N-아세틸-글루코사민 단위를 반복적으로 첨가하여 형성된다.O-결합 글리칸의 폴리락토사민 사슬은 종종 시알산 잔류물(뉴라미닌산과 유사)의 첨가로 캡을 씌운다.푸코스 잔류물도 첨가하면 두 번째 잔류물 옆에 시알릴-루이스 X(SLex) 구조가 형성된다.

기능과 중요성

시알릴 루이스 x는 ABO 혈액 항원 결정에 중요하다.

SLex는 또한 적절한 면역 반응에 중요하다.혈관내피세포에서 바이벨-팔레드체로부터의 P-셀렉틴 방출은 여러 요인에 의해 유도될 수 있다.그러한 요인 중 하나는 펩티도글리칸과 같은 특정 박테리아 분자에 대한 내피 세포의 반응이다.P-셀렉틴은 혈류 내 호중구에 존재하는 SLex 구조에 결합하고 감염 시 주변 조직으로의 이러한 세포의 확산을 중재하는 데 도움을 줍니다.

O-결합 글리칸, 특히 뮤신은 정상적인 장내 미세 꽃차례를 발달시키는 데 중요한 것으로 밝혀졌다.장내 세균의 특정 변종은 뮤신과 특이하게 결합하여 장내를 식민지로 만들 수 있게 한다.

O-결합 당단백질의 예는 다음과 같다.

글리코사미노글리칸

주요 기사:글리코사미노글리칸

세포 글리칸의 또 다른 유형은 글리코사미노글리칸이다.이들은 우론산과 번갈아 결합하는 2-아미노수가로 구성되며 헤파린, 헤파란 황산염, 콘드로이틴, 케라탄 및 데마탄 등의 폴리머를 포함한다.헤파란 황산염과 같은 일부 글리코사미노글리칸은 세포 표면에 부착되어 있으며, 세포 표면에서는 자일로실 잔기를 통해 테트라사카리드 결합제를 통해 단백질(당단백질 또는 프로테오글리칸 형성)에 결합되어 있다.

글리코사이언스

미국 국립연구위원회의 2012년 보고서는 글리칸의 구조와 기능을 연구하고 의학, 에너지 생성, 재료 [6]과학처럼 다양한 분야에서 큰 발전을 약속하는 분야인 글리코사이언스에 새로운 초점을 맞출 것을 요구하고 있다.지금까지 글리칸은 종종 복잡한 구조와 특성을 [7]조사할 도구가 부족하기 때문에 연구계로부터 거의 주목을 받지 못했다.보고서는 당과학을 전문가가 지배하는 분야에서 널리 연구되고 통합된 분야로 전환하기 위한 로드맵을 제시한다.

글리칸과 지질

'당지질' 참조

GPI 앵커

'글리코포스파티딜이노시톨' 참조

글리칸 연구에 사용되는 도구

다음은 글리칸 [8][9]분석에서 일반적으로 사용되는 기술의 예입니다.

고해상도 질량분석(MS) 및 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)

가장 일반적으로 적용되는 방법은 MS 및 HPLC이며, 이 방법에서는 글리칸 부분이 효소적 또는 화학적으로 표적에서 분해되어 [10]분석됩니다.당지질의 경우 지질성분을 분리하지 않고 직접 분석할 수 있다.

당단백질로부터의 N-글리칸을 형광화합물(환원표기)로 환원단백질(환원상,[11] 정상상 및 이온교환 HPLC)에 의해 통상적으로 분석한다.최근에는 다양한 라벨이 도입되었으며 2-아미노벤자미드(AB), 안트라닐산(AA), 2-아미노피리딘(PA), 2-아미노아크리돈(AMAC) 및 3-(아세틸아미노)-6-아미노아크리딘(AA-Ac)이 [12]일부에 불과했다.

O글리칸은 일반적으로 화학 물질 방출 조건으로 인해 아무런 태그 없이 분석됩니다.

고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 기구에서 추출된 글리칸을 MALDI-TOF-MS(MS)로 추가로 분석하여 구조와 순도에 대한 추가 정보를 얻을 수 있다.때때로 글리칸 풀은 이소바릭 글리칸 구조 간의 구별이 더 어렵거나 심지어 항상 가능한 것은 아니지만 사전분할 없이 질량분석에 의해 직접 분석된다.어쨌든 직접 MALDI-TOF-MS 분석을 통해 글리칸 [13]풀을 빠르고 쉽게 설명할 수 있습니다.

최근 몇 년 동안 질량 분석과 결합된 고성능 액체 크로마토그래피가 매우 인기를 끌었다.액체 크로마토그래피의 정지상으로 다공질 흑연 탄소를 선택함으로써 비유도화 글리칸도 분석할 수 있다.검출은 질량분석에 의해 이루어지지만, MALDI-MS 대신 일렉트로스프레이 이온화(ESI)가 더 자주 사용된다.[14][15][16]

Multiple Reaction Monitoring(MRM; 다중반응 모니터링)

MRM은 대사체학 및 프로테오믹스에서 광범위하게 사용되어 왔지만, 광범위한 동적 범위에 걸친 고감도 및 선형 응답으로 인해 글리칸 바이오마커 연구와 발견에 특히 적합하다.MRM은 제1의 4극에서 소정의 전구 이온, 충돌 4극에서 단편화, 제3의 4극에서 소정의 프래그먼트 이온을 검출하도록 설정된 3중 4극(QQ) 기기로 실행된다.이는 비스캔 기법이며, 각 전이가 개별적으로 감지되고 듀티 사이클에서 여러 전이가 동시에 감지됩니다.이 기술은 면역 글리콤을 [3][17]특징짓기 위해 사용되고 있다.

표 1: 글리칸 분석에서 질량 분석의 장점과 단점

이점 단점들
  • 소량 샘플에 적용 가능(낮은 fmol 범위)
  • 복잡한 글리칸 혼합물(추가 분석 차원 생성)에 유용합니다.
  • 부착측면은 탠덤 MS 실험(측면 특이 글리칸 분석)으로 분석할 수 있습니다.
  • 탠덤 MS 실험에 의한 글리칸 시퀀싱.
  • 파괴적인 방법.
  • 적절한 실험 설계의 필요성.

어레이

렉틴 및 항체 어레이는 글리칸을 포함한 많은 샘플의 높은 처리량 스크리닝을 제공합니다.이 방법은 자연적으로 발생하는 렉틴 또는 인공 모노클로널 항체를 사용하며, 두 항체를 특정 칩에 고정시키고 형광 당단백질 샘플로 배양한다.

기능성 글리코믹스 컨소시엄과 Z 바이오텍 LLC가 제공하는 것과 같은 글리칸 배열은 탄수화물 특이성을 정의하고 배위자를 식별하기 위해 렉틴 또는 항체로 선별할 수 있는 탄수화물 화합물을 포함한다.

글리칸의 대사 및 공유가 라벨링

글리칸의 대사 라벨링은 글리칸 구조를 검출하는 방법으로 사용될 수 있다.잘 알려진 전략은 Staudinger 결찰을 사용하여 반응할 수 있는 아지드 표지의 당을 사용하는 것이다.이 방법은 글리칸의 시험관내 및 생체내 이미징에 사용되어 왔다.

당단백질용 공구

복잡한 글리칸의 완전한 구조 분석을 위한 X선 결정학과 핵자기공명(NMR) 분광법은 어렵고 복잡한 분야이다.그러나 수많은 렉틴, 효소 및 기타 탄수화물 결합 단백질의 결합부위 구조는 글리콤 기능의 광범위한 구조적 기초를 밝혀냈다.테스트 시료의 순도는 크로마토그래피(어피니티 크로마토그래피 등)와 분석 전기영동(PAGE(폴리아크릴아미드 전기영동), 모세관 전기영동, 어피니티 전기영동 등)을 통해 구했다.

「 」를 참조해 주세요.

자원.

레퍼런스

  1. ^ "Glycans". IUPAC Gold Book - Glycans. 2009. doi:10.1351/goldbook.G02645. ISBN 978-0-9678550-9-7.
  2. ^ Dwek, Raymond A. (1996). "Glycobiology: Toward Understanding the Function of Sugars". Chem. Rev. 96 (2): 683–720. doi:10.1021/cr940283b. PMID 11848770.
  3. ^ a b c d Maverakis E, Kim K, Shimoda M, Gershwin M, Patel F, Wilken R, Raychaudhuri S, Ruhaak LR, Lebrilla CB (2015). "Glycans in the immune system and The Altered Glycan Theory of Autoimmunity". J Autoimmun. 57 (6): 1–13. doi:10.1016/j.jaut.2014.12.002. PMC 4340844. PMID 25578468.
  4. ^ Nakagawa, S; Hato, M; Takegawa, Y; Deguchi, K; Ito, H; Takahata, M; Iwasaki, N; Minami, A; Nishimura, S-I (2007). "Detection of altered N-glycan profiles in whole serum from rheumatoid arthritis patients". J. Chromatogr. B. 853 (1–2): 133–137. doi:10.1016/j.jchromb.2007.03.003. hdl:2115/28276. PMID 17392038.
  5. ^ Bermingham, ML; Colombo, M; McGurnaghan, SJ; Blackbourn, LAK; Vučković, F; Pučić Baković, M; Trbojević-Akmačić, I; Lauc, G; Agakov, F; Agakova, AS; Hayward, C; Klarić, L; Palmer, CNA; Petrie, JR; Chalmers, J; Collier, A; Green, F; Lindsay, RS; Macrury, S; McKnight, JA; Patrick, AW; Thekkepat, S; Gornik, O; McKeigue, PM; Colhoun, HM (2018). "N-Glycan Profile and Kidney Disease in Type 1 Diabetes". Diabetes Care. 41 (1): 79–87. doi:10.2337/dc17-1042. PMID 29146600.
  6. ^ "U.S. National Research Council Report, Transforming Glycoscience: A Roadmap for the Future".
  7. ^ "U.S. National Research Council Report-in-Brief, Transforming Glycoscience: A Roadmap for the Future".
  8. ^ Essentials of Glycobiology (2nd ed.). Cold Spring Harbor Laboratory Press. 2009. ISBN 978-087969770-9.
  9. ^ Aizpurua-Olaizola, O.; Toraño, J. Sastre; Falcon-Perez, J.M.; Williams, C.; Reichardt, N.; Boons, G.-J. (2018). "Mass spectrometry for glycan biomarker discovery". TrAC Trends in Analytical Chemistry. 100: 7–14. doi:10.1016/j.trac.2017.12.015.
  10. ^ Wada Y, Azadi P, Costello CE, et al. (April 2007). "Comparison of the methods for profiling glycoprotein glycans—HUPO Human Disease Glycomics/Proteome Initiative multi-institutional study". Glycobiology. 17 (4): 411–22. doi:10.1093/glycob/cwl086. PMID 17223647.
  11. ^ Hase S, Ikenaka T, Matsushima Y (November 1978). "Structure analyses of oligosaccharides by tagging of the reducing end sugars with a fluorescent compound". Biochem. Biophys. Res. Commun. 85 (1): 257–63. doi:10.1016/S0006-291X(78)80037-0. PMID 743278.
  12. ^ Pabst M, Kolarich D, Pöltl G, et al. (January 2009). "Comparison of fluorescent labels for oligosaccharides and introduction of a new postlabeling purification method". Anal. Biochem. 384 (2): 263–73. doi:10.1016/j.ab.2008.09.041. PMID 18940176.
  13. ^ Harvey DJ, Bateman RH, Bordoli RS, Tyldesley R (2000). "Ionisation and fragmentation of complex glycans with a quadrupole time-of-flight mass spectrometer fitted with a matrix-assisted laser desorption/ionisation ion source". Rapid Commun. Mass Spectrom. 14 (22): 2135–42. Bibcode:2000RCMS...14.2135H. doi:10.1002/1097-0231(20001130)14:22<2135::AID-RCM143>3.0.CO;2-#. PMID 11114021.
  14. ^ Schulz, BL; Packer NH, NH; Karlsson, NG (Dec 2002). "Small-scale analysis of O-linked oligosaccharides from glycoproteins and mucins separated by gel electrophoresis". Anal. Chem. 74 (23): 6088–97. doi:10.1021/ac025890a. PMID 12498206.
  15. ^ Pabst M, Bondili JS, Stadlmann J, Mach L, Altmann F (July 2007). "Mass + retention time &#61; structure: a strategy for the analysis of N-glycans by carbon LC-ESI-MS and its application to fibrin N-glycans". Anal. Chem. 79 (13): 5051–7. doi:10.1021/ac070363i. PMID 17539604.
  16. ^ Ruhaak LR, Deelder AM, Wuhrer M (May 2009). "Oligosaccharide analysis by graphitized carbon liquid chromatography-mass spectrometry". Anal Bioanal Chem. 394 (1): 163–74. doi:10.1007/s00216-009-2664-5. PMID 19247642.
  17. ^ Flowers, Sarah A.; Ali, Liaqat; Lane, Catherine S.; Olin, Magnus; Karlsson, Niclas G. (2013-04-01). "Selected reaction monitoring to differentiate and relatively quantitate isomers of sulfated and unsulfated core 1 O-glycans from salivary MUC7 protein in rheumatoid arthritis". Molecular & Cellular Proteomics. 12 (4): 921–931. doi:10.1074/mcp.M113.028878. ISSN 1535-9484. PMC 3617339. PMID 23457413.

외부 링크