당 Glycosylation 수정 종류와 원리 소개

도입
• 당화 수식 소개
• 당화 수식의 기능
• 세포 내 당화 수식 생성 및 처리 과정
• 두 가지 주요 당화 유형 소개: O-당화 및 N-당화

1. 당화 수식

단백질의 당화는 일반적인 단백질 번역 후 수식으로, 당전이효소에 의해 당이 단백질 및 특정 아미노산 잔기에 전이되어 글리코시드 결합을 형성하는 과정이다. 연구에 따르면 인간 단백질의 70%가 하나 이상의 당사슬을 포함하며, 인간 유전체의 1%가 당사슬의 합성과 수식에 관여한다.

2. 당화 수식의 기능

당화 형성 과정에 참여하는 동안, 당전이효소와 글리코시다아제가 중요한 역할을 한다. 당화의 결과는 다양한 단백질에 서로 다른 표식을 부여하여 폴리펩타이드의 구조를 변화시키고, 단백질의 안정성을 증가시킨다.

3. 당화 수식 처리 과정

당화 수식은 주로 소포체와 골지체에서 발생한다. 주된 과정은 당전이효소의 작용을 통해 당사슬이 단백질과 단백질의 아미노산 잔기에 전이되어 글리코시드 결합을 형성하는 것이다. 일련의 수송, 당사슬 말단의 절단, 수식 및 푸코실화 또는 시알산화 등을 통해 당화 단백질의 조립이 완료된다(N-당화를 예로 들면, 그림 1 참조).

그림 1. N-당화 처리 과정

4. 당화 수식 분류

포유류에서 단백질의 당화 유형은 주로 두 가지로 나뉜다: N-당화와 O-당화. 대부분의 당단백질은 하나의 당화 유형만을 포함한다. 그러나 일부 단백질 폴리펩타이드는 N-당사슬과 O-당사슬을 동시에 가질 수 있다.

1. N-당화

N-당사슬은 단백질의 아스파라긴의 자유 NH2 기와 공유 결합하여, 이를 N-당화라고 부른다. N-연결 당사슬의 합성은 소포체(ER)에서 시작되어 골지체에서 완료된다.

그림 2. N-당화 수식 구조

N-당화 생성 처리 과정

N-당사슬 합성의 첫 번째 단계는 14당의 핵심 올리고당을 새로 형성된 폴리펩타이드 사슬의 특징적인 서열인 Asn-X-Ser/Thr(X는 어떠한 아미노산도 될 수 있음)의 아스파라긴에 첨가하는 것이다. 아스파라긴은 당사슬의 수용체로 작용한다. 핵심 올리고당은 두 분자의 N-아세틸글루코사민, 아홉 분자의 만노스 및 세 분자의 글루코스로 구성되며, 첫 번째 N-아세틸글루코사민은 ER 이중층 막의 포스포돌리콜의 포스포기와 결합한다. ER 막에 새로운 폴리펩타이드가 합성될 때, 전체 당사슬이 함께 전이된다. 올리고당이 신생 펩타이드로 전이된 후, ER에서 추가 가공이 진행되며, 세 분자의 글루코스와 한 분자의 만노스가 순차적으로 제거된다. ER에서 형성된 당단백질은 유사한 당사슬을 가지며, Trans면에 있는 골지체로 진입한 후, 막낭 사이의 이동 과정에서 본래 당사슬의 대부분의 만노스가 제거되며, 다양한 당전이효소에 의해 서로 다른 유형의 당분자가 순차적으로 첨가되어 다양한 구조의 올리고당 사슬이 형성된다. 혈장 등의 체액에 존재하는 단백질은 대개 N-당화를 겪으며, 따라서 N-당단백질은 혈장형 당단백질이라고도 불린다.
2. O-당화

O-당사슬은 단백질의 세린 또는 트레오닌의 자유 OH 기와 공유 결합한다. O-당화 부위는 보존 서열이 없으며, 당사슬도 고정된 핵심 구조가 없다. 구성은 단당일 수도 있고, 거대한 황산화 다당일 수도 있어 N-당화에 비해 O-당화 분석이 더 복잡하다.

그림 3. O-당화 수식 구조

O-당화 생성 처리 과정

O-당화는 주로 골지체에서 이루어지며, 일반적으로 첫 번째로 연결되는 당 단위는 N-아세틸갈락토사민이며, 연결 위치는 Ser, Thr 또는 Hyp의 하이드록실기이다. 그런 다음 당잔기가 순차적으로 전이되어 올리고당 사슬이 형성된다. 당의 공여체는 마찬가지로 뉴클레오타이드 당인 UDP-갈락토오스이다. O-당단백질은 주로 점액과 면역글로불린 등에 존재한다.