醣基化

醣基化（英語：Glycosylation）是在酶的控制下，蛋白質或脂質附加上糖類的過程。此過程為四種共轉譯（co-translational）與後轉譯修飾的一種形式，發生於高基氏體。蛋白質經過糖基化作用之後，可形成糖蛋白。聚醣在膜和分泌蛋白中發揮多種結構和功能作用^[1]。在粗面內質網中合成的大多數蛋白質經歷糖基化。它是一種酶導向的位點特異性過程，而與糖化的非酶促化學反應相反。糖基化也作為O-GlcNAc修飾存在於細胞質和細胞核中。 Aglycosylation是工程化抗體繞過糖基化的一個特徵^[2]^[3]。

目的

醣基化是碳水化合物與靶高分子（通常是蛋白質和脂質）共價連接的過程。這種修改具有各種功能^[4] 。例如，一些蛋白質不能正確折疊，除非它們是糖基化的^[1] ；HSP70需要經過蛋白質醣基化才能夠具有功能性^[5]。在其他情況下，蛋白質不穩定，除非它們含有在某些天冬酰胺殘基的酰胺氮處連接的寡糖。

總的來說，醣基化需要通過形成它的可能的進化選擇壓力來理解。在一個模型中，多樣化可以純粹視為內生功能的結果。然而，更可能的是，通過逃避病原體感染機制（例如，螺桿菌（英语：Helicobacter）附著於末端糖殘基）來驅動多樣化，並且然後內源地利用多細胞生物體內的多樣性。

糖蛋白多樣性

糖基化增加了蛋白質組的多樣性，因為幾乎糖基化的每個方面都可以被修飾，包括：

糖苷鍵 - 聚醣連接的位點
聚醣組合物 - 與給定蛋白質連接的醣類型
聚醣結構 - 可以是未支化的或支鏈的糖鏈
聚醣長度 - 可以是短鍊或長鏈寡糖

醣基化種類

醣基參與了許多重要的生物過程，包含細胞黏附、分子轉運及清除、激活受體、信號傳遞及胞吞作用^[6]。醣基化可以進一步的被區分為6種類型，包含N 型醣基化 (N-linked glycosylation)、O 型醣基化 (O-linked glycosylation)、C 型甘露醣基化 (C-linked mannosylation)、S 型醣基化 (S-linked glycosylation)、磷酸醣基化 (phospho-glycation)和糖基磷脂酰肌醇化 (Glypiation)，其中N型醣基化和O型醣基化是在糖蛋白中最常見的修飾過程^[7]。

N 型醣基化 : 寡醣與氮原子進行鍵結，通常連結於天冬胺酸 (Aspartic acid)的殘基上。
O 型醣基化 : 寡糖與包含羥基的胺基酸鍵結，通常連結於絲胺酸或蘇胺酸的殘基上。
C 型甘露醣基化 : 甘露糖 (Mannose)殘基與細胞外蛋白中的色氨酸 (Tryptophan)殘基進行共價連接。
S 型醣基化 : 寡糖與半胱胺酸 (Cysteine)結合形成肽鍵。
磷酸醣基化 : 寡糖透過磷酸二酯鍵與蛋白質進行結合。
糖基磷脂酰肌醇化 : 糖蛋白主要錨定於糖磷脂醯肌醇上。

機制

有許多醣基化機制，儘管大多數有共同的特徵^[1]：

與糖化不同，糖基化是酶促過程。實際上，糖基化被認為是最複雜的翻譯後修飾，因為涉及大量的酶促步驟^[8] 。
供體分子通常是活化的核苷酸糖（英语：Nucleotide sugar）。
該過程是非模板化的（與DNA轉錄或蛋白質翻譯不同）; 相反，細胞依賴於將酶分離到不同的細胞區室（例如，內質網，高爾基體中的池中）。因此，糖基化是位點特異性修飾。

臨床

據報導，人類中有超過40種糖基化紊亂（英语：Congenital disorder of glycosylation）^[9]。這些可以分為四組：蛋白質N-糖基化紊亂，蛋白質O-糖基化紊亂，脂質糖基化紊亂，和其他糖基化途徑以及多種糖基化途徑紊亂。對於任何這些疾病都沒有有效的治療方法。

對治療效果的影響

據報導，哺乳動物糖基化可以改善生物治療藥物的治療功效。例如，在HEK 293平台中表達的重組人類的干扰素伽玛(干擾素-γ)的治療功效針對抗藥性卵巢癌細胞係得到改善^[10]。

参阅

参考文献

^ ^1.0 ^1.1 ^1.2 Varki A (编). Essentials of Glycobiology 2nd. Cold Spring Harbor Laboratories Press. [2018-11-22]. ISBN 978-0-87969-770-9. （原始内容存档于2016-12-06）.
^ Jung ST, Kang TH, Kelton W, Georgiou G. Bypassing glycosylation: engineering aglycosylated full-length IgG antibodies for human therapy. Current Opinion in Biotechnology. December 2011, 22 (6): 858–67. PMID 21420850. doi:10.1016/j.copbio.2011.03.002.
^ Transgenic plants of Nicotiana tabacum L. express aglycosylated monoclonal antibody with antitumor activity. Biotecnologia Aplicada. 2013 [2018-11-22]. （原始内容存档于2018-08-15）.
^ Drickamer K, Taylor ME. Introduction to Glycobiology 2nd. Oxford University Press, USA. 2006. ISBN 978-0-19-928278-4.
^ Du, X. L.; Edelstein, D.; Rossetti, L.; Fantus, I. G.; Goldberg, H.; Ziyadeh, F.; Wu, J.; Brownlee, M. Hyperglycemia-induced mitochondrial superoxide overproduction activates the hexosamine pathway and induces plasminogen activator inhibitor-1 expression by increasing Sp1 glycosylation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2000-10-24, 97 (22) [2024-12-03]. ISSN 0027-8424. PMID 11050244. doi:10.1073/pnas.97.22.12222. （原始内容存档于2024-09-23）.
^ Ohtsubo, Kazuaki; Marth, Jamey D. Glycosylation in cellular mechanisms of health and disease. Cell. 2006-09-08, 126 (5) [2024-12-03]. ISSN 0092-8674. PMID 16959566. doi:10.1016/j.cell.2006.08.019. （原始内容存档于2024-12-04）.
^ Jayaprakash, Nisha Grandhi; Surolia, Avadhesha. Role of glycosylation in nucleating protein folding and stability. The Biochemical Journal. 2017-07-03, 474 (14) [2024-12-03]. ISSN 1470-8728. PMID 28673927. doi:10.1042/BCJ20170111. （原始内容存档于2024-12-03）.
^ Walsh C. Posttranslational Modification of Proteins: Expanding Nature's Inventory. Roberts and Co. Publishers, Englewood, CO. 2006. ISBN 0974707732.
^ Jaeken J. Congenital disorders of glycosylation. Handbook of Clinical Neurology. 2013, 113: 1737–43. PMID 23622397. doi:10.1016/B978-0-444-59565-2.00044-7.
^ Razaghi A, Villacrés C, Jung V, Mashkour N, Butler M, Owens L, Heimann K. Improved therapeutic efficacy of mammalian expressed-recombinant interferon gamma against ovarian cancer cells. Experimental Cell Research. October 2017, 359 (1): 20–29 [2018-11-23]. PMID 28803068. doi:10.1016/j.yexcr.2017.08.014. （原始内容存档于2019-06-14）.

外部連結

（英文）GlycoEP （页面存档备份，存于互联网档案馆） : In silico Platform for Prediction of N-, O- and C-Glycosites in Eukaryotic Protein Sequences PLoS ONE 8(6): e67008 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
（英文）Online textbook of glycobiology with chapters about glycosylation （页面存档备份，存于互联网档案馆）
（英文）GlyProt: In-silico N-glycosylation of proteins on the web^{[失效連結]}
（英文）NetNGlyc: The NetNglyc server predicts N-glycosylation sites in human proteins using artificial neural networks that examine the sequence context of Asn-Xaa-Ser/Thr sequons. （页面存档备份，存于互联网档案馆）
（英文）Supplementary Material of the Book "The Sugar Code" （页面存档备份，存于互联网档案馆）
（英文）Additional information on glycosylation and figures （页面存档备份，存于互联网档案馆）

[varki-1] 1.0 ^1.1 ^1.2 Varki A (编). Essentials of Glycobiology 2nd. Cold Spring Harbor Laboratories Press. [2018-11-22]. ISBN 978-0-87969-770-9. （原始内容存档于2016-12-06）.

[2] Jung ST, Kang TH, Kelton W, Georgiou G. Bypassing glycosylation: engineering aglycosylated full-length IgG antibodies for human therapy. Current Opinion in Biotechnology. December 2011, 22 (6): 858–67. PMID 21420850. doi:10.1016/j.copbio.2011.03.002.

[3] Transgenic plants of Nicotiana tabacum L. express aglycosylated monoclonal antibody with antitumor activity. Biotecnologia Aplicada. 2013 [2018-11-22]. （原始内容存档于2018-08-15）.

[taylor-4] Drickamer K, Taylor ME. Introduction to Glycobiology 2nd. Oxford University Press, USA. 2006. ISBN 978-0-19-928278-4.

[5] Du, X. L.; Edelstein, D.; Rossetti, L.; Fantus, I. G.; Goldberg, H.; Ziyadeh, F.; Wu, J.; Brownlee, M. Hyperglycemia-induced mitochondrial superoxide overproduction activates the hexosamine pathway and induces plasminogen activator inhibitor-1 expression by increasing Sp1 glycosylation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2000-10-24, 97 (22) [2024-12-03]. ISSN 0027-8424. PMID 11050244. doi:10.1073/pnas.97.22.12222. （原始内容存档于2024-09-23）.

[6] Ohtsubo, Kazuaki; Marth, Jamey D. Glycosylation in cellular mechanisms of health and disease. Cell. 2006-09-08, 126 (5) [2024-12-03]. ISSN 0092-8674. PMID 16959566. doi:10.1016/j.cell.2006.08.019. （原始内容存档于2024-12-04）.

[7] Jayaprakash, Nisha Grandhi; Surolia, Avadhesha. Role of glycosylation in nucleating protein folding and stability. The Biochemical Journal. 2017-07-03, 474 (14) [2024-12-03]. ISSN 1470-8728. PMID 28673927. doi:10.1042/BCJ20170111. （原始内容存档于2024-12-03）.

[walsh-8] Walsh C. Posttranslational Modification of Proteins: Expanding Nature's Inventory. Roberts and Co. Publishers, Englewood, CO. 2006. ISBN 0974707732.

[Jaeken2013-9] Jaeken J. Congenital disorders of glycosylation. Handbook of Clinical Neurology. 2013, 113: 1737–43. PMID 23622397. doi:10.1016/B978-0-444-59565-2.00044-7.

[10] Razaghi A, Villacrés C, Jung V, Mashkour N, Butler M, Owens L, Heimann K. Improved therapeutic efficacy of mammalian expressed-recombinant interferon gamma against ovarian cancer cells. Experimental Cell Research. October 2017, 359 (1): 20–29 [2018-11-23]. PMID 28803068. doi:10.1016/j.yexcr.2017.08.014. （原始内容存档于2019-06-14）.

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