당단백질

Glycoprotein
펩티도글리칸, 프로테오글리칸,글리코펩타이드와혼동해서는 안 된다.
당단백질의 Asn 잔류물(Asn-x-Ser/Thr 모티브)[1]에서 N-연계 단백질 글리코실화(N-글리칸의 N-글리코실화)

글리코프로틴은 아미노산 사이드 체인에 공칭으로 부착된 올리고당 체인(글리칸스)을 함유한 단백질이다.탄수화물은 단백질에 탄수화물이 결합되어 있다.이 과정은 글리코실화라고 알려져 있다.분비된 세포외 단백질은 종종 당밀화된다.

세포외적으로 확장되는 세그먼트를 가진 단백질에서 세포외 세그먼트 역시 글리코실화되는 경우가 많다.당단백질 또한 세포와 세포의 상호작용에 역할을 하는 중요한 통합막단백질이다.내소성 망막 기반 글리코실화(ndopplasmaculum reticulum based glycosylation)와 가역성 세포핵 글리코실화(glycosylation)를 구별하는 것이 중요하다.시토솔과 핵의 당단백질은 인산화에 역수적으로 간주되는 단일 GlcNAc 잔류물의 가역적 추가를 통해 수정할 수 있으며, 이들의 기능은 인산염 기반 신호 전달을 제어하는 추가 규제 메커니즘일 가능성이 높다.[2]이와는 대조적으로, 고전적인 분비물 글리코실화는 구조적으로 필수적일 수 있다.예를 들어 아스파라긴 연계 억제, 즉 N 연계 글리코실레이션은 적절한 당단백질 접힘을 방지할 수 있으며 완전 억제는 개별 세포에 독성이 있을 수 있다.이와는 대조적으로, 내소성 망막과 골기 기구에서 모두 발생하는 글리칸 처리의 섭동(글리칸에 탄수화물 잔류물의 교란)은 격리된 세포(글리코사이드 억제제를 사용한 생존에 의한 증거로서)에는 필요없지만, 인간병(글리코실화의 총체적 장애)을 유발할 수 있으며, 글리코사일화(glicasilation)을 유발할 수 있다.동물 모형이 치명적이다따라서 글리칸의 미세한 처리가 세포 밀매와 같은 내생적 기능성에 중요할 가능성이 높지만, 이는 호스트와 병원체 상호작용에서 그것의 역할에 부차적인 것이었을 가능성이 높다.이러한 후자의 효과의 유명한 예는 ABO 혈액 그룹 시스템이다.[citation needed]

당단백질의 종류는 다르지만 가장 흔한 것은 N연계 당단백질과 O연계 당단백질이다.[3]이 두 종류의 당단백질은 그들에게 이름을 주는 구조적 차이로 구별된다.당단백질은 성분 차이가 커서 항체나 호르몬과 같은 여러 가지 화합물을 만든다.[4]체내 기능이 광범위해 의료용 당단백질 합성에 대한 관심이 높아졌다.[5]현재 당단백질을 합성하는 몇 가지 방법이 있는데, 여기에는 단백질의 재조합과 당단백질화 등이 포함된다.[5]

글리코실레이션은 O-GlcNAc의 형태로 핵세포질 단백질에서도 발생하는 것으로 알려져 있다.[6]

글리코실화 유형

처음 두 개가 가장 흔하지만 글리코실레이션에는 여러 종류가 있다.

단당류

당단백질에서 흔히 발견되는 8개의 설탕.

진핵 당단백질에서 흔히 발견되는 단당류는 다음을 포함한다.[8]: 526

인간 당단백질에서[9] 발견되는 주요 당분
설탕 유형 약어
β-D-글루코스 헥소오스 글크
β-D-갈락토스 헥소오스 갈
β-D-만노오스 헥소오스 남자
α-L-후코스 데옥시헥소스 퓌크
엔아세틸갈락토사민 아미노헥소오스 갈나크
N-아세틸글루코사민 아미노헥소오스 GlcNAc
엔아세틸네우라민산 아미노눌로손산
(시알산)		 NeuNAc
실로스 펜토스 자일

설탕 그룹은 단백질 접기를 도울 수 있고 단백질의 안정성을 개선할 수 있으며 세포 신호 전달에 관여한다.

구조

N-연계 및 O-연계 당단백질

모든 당단백질의 중요한 구조적 요소는 단백질에 공밸런스 결합한 올리고당이다.[4]There are 10 common monosaccharides in mammalian glycans including: glucose (Glc), fucose (Fuc), xylose (Xyl), mannose (Man), galactose (Gal), N-acetylglucosamine (GlcNAc), glucuronic acid (GlcA), iduronic acid (IdoA), N-acetylgalactosamine (GalNAc), sialic acid, and 5-N-acetylneuraminic acid (Neu5Ac).[3]이 글리칸들은 단백질 아미노산 사슬의 특정 영역과 그들 자신을 연결시킨다.

당단백질에서 가장 흔한 두 개의 연결은 N-연계 당단백질과 O-연계 당단백질이다.[3]N-연계 당단백질에는 단백질 순서 내에 아스파라긴 아미노산을 함유한 질소에 글리칸 결합이 있다.[4]O연계 당단백질이란 단백질의 세린이나 트레오닌 아미노산의 산소 원자에 설탕이 결합되는 것을 말한다.[4]

당단백질 크기와 구성은 크게 다를 수 있으며 탄수화물 성분 범위는 당단백질 총 질량의 1%에서 70%까지 다양하다.[4]세포 내에서는 혈액이나 세포외 기질, 또는 혈장막의 외부 표면에 나타나며 진핵세포가 분비하는 단백질의 상당 부분을 차지한다.[4]그것들은 응용 범위가 매우 넓으며 항체에서 호르몬에 이르는 다양한 화학물질로 기능할 수 있다.[4]

글리코믹스

글리코믹스는 세포의 탄수화물 성분을 연구하는 학문이다.[4]당단백질에만 국한된 것은 아니지만, 그것은 다른 당단백질들과 그들의 구조에 대한 더 많은 정보를 보여줄 수 있다.[4]이 연구 분야의 목적 중 하나는 글리코실화 단백질과 아미노산 시퀀스에서 글리코실화가 발생하는 위치를 결정하는 것이다.[4]역사적으로 질량분석은 당단백질의 구조를 파악하고 부착된 탄수화물 체인을 특징짓는 데 사용되어 왔다.[4][10]

예

과두당 사슬 사이의 독특한 상호작용은 서로 다른 응용을 가지고 있다.첫째, 잘못 접힌 단백질을 확인하여 품질관리에 도움을 준다.[4]과두당 체인은 또한 그들이 결합되어 있는 단백질의 용해성과 극성을 변화시킨다.[4]예를 들어, 단백질의 주변에 충분한 밀도로 과두당 체인이 음전하되면 단백질 분해 효소를 결합 단백질로부터 제거할 수 있다.[4]상호작용의 다양성은 다른 구조와 기능을 가진 다른 종류의 당단백질에게 도움을 준다.[5]

체내에서 발견되는 당단백질의 한 예는 호흡기와 소화기의 점액에 분비되는 뮤신이다.뮤신에 부착된 당분은 그들에게 상당한 수분 보유 능력을 주고 또한 소화 효소에 의한 단백질 분해에 내성을 갖게 한다.

당단백질은 백혈구 인식에 중요하다.[citation needed]면역체계에 있는 당단백질의 예는 다음과 같다.

  • 항원과 직접 상호작용하는 항체(immunoglobulins)와 같은 분자
  • 주요 조직 적합성 복합체(또는 MHC)의 분자는 세포 표면에 표현되며 적응 면역 반응의 일부로 T 세포와 상호작용한다.
  • 백혈구 표면에 있는 시알릴 루이스 X 항원

ABO 혈액적합성 항원의 H항원.당단백질의 다른 예는 다음과 같다.

  • Gonadotropins (루틴화 호르몬 a follicle-propin 호르몬)
  • 정상적인 혈소판 응집 및 내피 부착에 필요한 혈소판에서 발견된 통합 물질인 당단백질 IIb/IIIa.
  • 난모세포를 둘러싸고 있는 조나 펠루치다의 성분들은 정자와 정자의 상호작용을 위해 중요하다.
  • 결합 조직에서 발생하는 구조 당단백질이것들은 결합조직의 섬유, 세포, 그리고 지상의 물질을 결합하는데 도움을 준다.그것들은 또한 조직의 구성 요소들이 뼈의 칼슘과 같은 무기 물질에 결합하는 것을 도울 수 있다.
  • 당단백질-41 (gp41)과 당단백질-120 (gp120)은 HIV 바이러스 코팅 단백질이다.

용해성 당단백질은 예를 들어 계란 흰자와 혈장 등에서 높은 점도를 보이는 경우가 많다.

가변 표면 당단백질들은 숙주의 면역 반응을 피할 수 있는 수면병 트라이파노소마 기생충을 허용한다.

인간면역결핍 바이러스의 바이러스 급증은 심하게 글리코실화된다.[12]스파이크 질량의 약 절반은 글리코실레이션이며 글리칸은 글리칸이 숙주세포에 의해 조립되기 때문에 항체인식을 제한하는 작용을 한다. 따라서 글리칸은 대부분 '셀프'이다.시간이 지남에 따라, 일부 환자들은 HIV 글리칸을 인식하기 위해 항체를 진화시킬 수 있고 거의 모든 소위 '광중화 항체(bnAbs)'는 일부 글리칸을 인식한다.이것은 주로 글리칸의 비정상적으로 높은 밀도가 정상적인 글리칸 성숙을 방해하고 따라서 그들은 조숙하고 고만인 상태에 갇혀 있기 때문에 가능하다.[13][14]이것은 면역인식을 위한 창을 제공한다.게다가 이들 글리칸은 기초 단백질에 비해 변이가 훨씬 적어 백신 설계의 유망한 대상으로 떠올랐다.[15]

P-glycoproteins는 그 능력이 항균제 약물의 효과를 차단하기 때문에 항균제 연구에 매우 중요하다.[4][16]P-글리코프로틴(P-glycoprotein, MDR1)은 화합물을 세포 밖으로 운반하는 ABC 트랜스포터의 일종이다.[4]세포에서 화합물을 운반하는 것은 세포로 전달하기 위해 만들어진 약물을 포함하고 있어, 약효의 감소를 초래한다.[4]따라서 이러한 행동을 억제할 수 있게 되면 약물 전달에 대한 P-글리코프로틴 간섭을 줄일 수 있어 이를 약물 발견에 있어 중요한 주제가 될 수 있다.[4]예를 들어 P-글리코프로테인은 종양 세포 내 항암제 축적 감소를 유발해 암 치료에 사용되는 화학요법의 효과를 제한한다.[16]

호르몬

당단백질인 호르몬은 다음을 포함한다.

당단백질과 프로테오글리칸의 구별

IUPAC에 대한 권장 사항에서 인용:[17]

당단백질은 탄수화물(또는 글리칸)이 단백질과 공칭으로 연결된 화합물이다.탄수화물은 단당, 이당류의 형태일 수 있다.올리고당, 다당류 또는 그 파생상품(예: 황산 또는 인산염)탄수화물 1개, 몇 개 또는 많은 탄수화물이 있을 수 있다.프로테오글리칸은 탄수화물 단위가 아미노당을 함유한 다당류인 당단백질의 하위급이다.이러한 다당류는 글리코사미노글리칸으로도 알려져 있다.

기능들

당단백질이[8]: 524 제공하는 몇 가지 기능
함수 당단백질
구조분자 콜라겐스
윤활유 및 보호제 무신스
수송분자 트랜스퍼린, 세룰로플라스민
면역 분자 면역글로불린,[18] 조직적합성 항원
호르몬 인간 맥락막 고나도트로핀(HCG), 갑상선 자극 호르몬(TSH)
효소 다양한(예: 알칼리성 인산염, 파타틴)
세포부착인식장소 세포-세포(예: 정자-난세포), 바이러스-세포, 박테리아-세포, 호르몬-세포 상호작용에 관련된 다양한 단백질
부동단백질 냉수 어류의 특정 혈장 단백질
특정 탄수화물과 상호작용 렉틴, 셀 접착 강의, 항체
수용체 호르몬과 약물 작용에 관여하는 다양한 단백질
특정 단백질의 접힘에 영향을 미침 칼넥신, 칼레티쿨린
개발규정 노치와 그 아날로그, 개발 중인 주요 단백질
지혈(및 혈전) 혈소판 표면막의 특정 당단백질

분석

당단백질의 검출, 정화, 구조해석에 사용되는 다양한 방법은 다음과[8]: 525 [18][10] 같다.

당단백질 연구에 사용된 몇 가지 중요한 방법
방법 사용하다
주기산-시프 얼룩 전기 분해 후 당단백질을 분홍색 띠로 검출한다.
배양된 세포와 당단백질을 방사성 붕괴 대역으로 배양 전기영양 분리 후 방사성 설탕 검출로 이어진다.
적절한 엔도 또는 엑소글리코시디아제 또는 인산염 처리 전기적 이동의 결과적인 변화는 N-글리칸, O-글리칸 또는 GPI 연계가 있는 단백질과 높은 마노스와 복잡한 N-글리칸 사이의 구별을 돕는다.
아가로세-렉틴 컬럼 크로마토그래피, 렉틴 친화 크로마토그래피 사용된 특정 강연을 묶는 글리코프로틴이나 글리코펩타이드 등을 정화하기 위해서입니다.
렉틴 친화력 전기영동증 전기적 이동의 결과적인 변화는 글리코폼을 구별하고 특성화하는 데 도움이 된다. 즉 탄수화물에서 다른 당단백질의 변형이다.
산 가수분해 후 성분해석 당단백질이 함유하고 있는 당분과 그 단층계를 식별한다.
질량분석법 글리칸 체인의 분자 질량, 구성, 시퀀스 및 때로는 분기에 대한 정보를 제공한다.현장 고유 글리코실레이션 프로파일링에도 사용할 수 있다.[18]
NMR 분광법 특정 당분, 그 염기서열, 연고 및 당질 체인의 변칙적인 성질을 식별하기 위해서입니다.
다각광 산란 크기 배제 크로마토그래피, UV/Vis 흡수 및 미분 굴절률과 함께, 글리칸 체인의 분자 질량, 단백질-탄수화물 비율, 집적 상태, 크기 및 때로는 가지에 대한 정보를 제공한다.구성성분 분석과 연계하여 자기 및 이성 관계를 분석하여 라벨링 없이 용액 내 단백질 또는 탄수화물과의 결합 친화성 및 확률측정법을 결정한다.
이중 편광 간섭계 반응률, 친화도 및 관련 순응 변화를 포함하여 생체 분자 상호작용의 기초가 되는 메커니즘을 측정한다.
메틸화(연계) 분석 당분 사이의 연관성을 판단하기 위해서입니다.
아미노산 또는 cDNA 시퀀싱 아미노산 염기서열의 결정.

합성

단백질의 글리코실레이션은 세포에 영향을 미치는 것에서부터 세포 통신에 이르기까지 열적 안정성과 단백질의 접힘에 이르기까지 다양한 응용을 가지고 있다.[4][19]당단백질의 독특한 능력 때문에, 그것들은 많은 치료에 사용될 수 있다.[19]당단백질과 그 합성을 이해함으로써, 그것들은 암, 크론병, 높은 콜레스테롤 등을 치료하기 위해 만들어질 수 있다.[3]

글리코실화 과정(탄수화물을 단백질에 결합하는 것)은 변환 후 수정으로, 단백질이 생산된 후에 발생한다는 뜻이다.[3]글리코실레이션은 모든 인간 단백질의 약 절반이 경험하고 단백질의 성질과 기능에 큰 영향을 미치는 과정이다.[3]세포 내에서, 글리코실화는 소포체 망막에서 발생한다.[3]

재조합

다른 동물들 간의 글리칸의 차이점 묘사.

당단백질에는 여러 가지 기법이 있다.한 기술은 재조합을 이용한다.[3]이 방법에 대한 첫 번째 고려사항은 숙주의 선택인데, 비용, 숙주 환경, 프로세스의 효율성, 기타 고려사항 등 당단백질 재조합의 성공에 영향을 미칠 수 있는 여러 가지 요인이 있기 때문이다.[3]숙주세포의 예로는 대장균, 효모, 식물세포, 곤충세포, 포유류세포 등이 있다.[3]이러한 옵션 중 포유류 세포는 다른 글리칸 구조, 짧은 반감기, 인간의 잠재적인 원치 않는 면역 반응과 같이 다른 숙주 세포가 하는 것과 같은 어려움에 직면하지 않기 때문에 가장 흔하다.[3]포유류 세포 중 당단백 재조합 생산에 가장 많이 사용되는 세포 라인은 중국 햄스터 난소 라인이다.[3]그러나 기술이 발전함에 따라 재조합 당단백질 생산을 위한 가장 유망한 세포 라인은 인간 세포 라인이다.[3]

글리코실화

글리칸과 단백질의 연결고리의 형성은 당단백질 합성의 핵심 요소다.[5]N연계 글리코프로틴의 글리코실레이션의 가장 일반적인 방법은 보호되는 글리칸과 보호받는 아스파라긴 사이의 반응을 통해서이다.[5]마찬가지로, 보호받는 세린이나 트레오닌과 함께 글리코실 기증자의 추가를 통해 O연계 글리코프로틴이 형성될 수 있다.[5]이 두 가지 방법은 자연적 연계의 예다.[5]그러나, 부자연스러운 연결의 방법들도 있다.[5]일부 방법에는 세린에서 유래한 설파미드산염과 물에 함유된 티오헥소스의 반응과 레깅이 포함된다.[5]이 연결이 완료되면 고체상 펩타이드 합성을 사용했을 때 아미노산 시퀀스를 확장할 수 있다.[5]

참고 항목

참고 및 참조

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추가 읽기

외부 링크