8第八章O-聚糖合编.ppt

第8章 O-聚糖 关锋 fengguan@ 本章详述丝氨酸/苏氨酸（O）-连接聚糖（O-聚糖）的生物合成与生物学，包括GalNAc-肽的连接，其重点是脊椎动物系统；并进一步说明有关各种O-聚糖核心结构形成的途径，还将概述O-聚糖的生物学功能。 背景 通过连接GalNAc残基而对蛋白质上丝氨酸或苏氨酸残基进行的修饰产生了O-连接聚糖或O-聚糖。这个定义因此不同于在丝氨酸和苏氨酸残基上其它类型的蛋白质糖基化。 O-聚糖的生物合成比N-聚糖的产生简单，因为它不需要将脂连接的寡聚前体转移到蛋白质上。它合成的初始步骤是在多肽GalNAc转移酶催化作用下，单糖GalNAc与丝氨酸和苏氨酸残基连接。 许多O-聚糖延伸成带有可变末端的长链，这种末端可能与N-聚糖的末端相似。但与大多数N-聚糖相比，O-聚糖结构的分支较少，通常是双天线结构。O-糖基化能导致黏蛋白型分子的生成。 黏蛋白是细胞表面的或分泌的、具有大量成簇状O-聚糖的糖蛋白。黏蛋白上的O-聚糖形成簇状的一部分理由是在无糖黏蛋白的蛋白质部分上，存在大量的丝氨酸和苏氨酸。 并不是所有的O-聚糖都位于经典的黏蛋白上，因为有些蛋白质也含相对较少而且分散的O-聚糖，这样的O-聚糖或者是带有极少残基的短链，或者是延长的双天线结构。事实上，在一些细胞上，如特定的循环血细胞，O-聚糖可以同N-聚糖一样也大量存在。 O-聚糖与其他类型苏氨酸和丝氨酸糖基化的比较 蛋白质上丝氨酸和苏氨酸的糖基化发生在所有已被研究的真核细胞的分泌途径中。本书的O-糖基化指GalNAc单糖以α-键与蛋白质上丝氨酸或苏氨酸残基的羟基相连接。但是其他类型的糖基化也涉及蛋白质中丝氨酸和苏氨酸残基的修饰。如细胞内的许多蛋白质也是通过O-连接GalNAc加到丝氨酸和苏氨酸残基上，而该残基也是可以被磷酸化的部位。 O-糖基化部位的预测 为了确定引导O-聚糖形成的序列模体，人们比较了已知的O-聚糖基化部位周围的氨基酸序列，虽然没有发现共有序列，但获得了一些预测能力。这种能力部分来自于比较研究，包括建立了一个包含对各种蛋白质的已知糖基化位点分析结果的数据库（O-Glycbase）。 与脯氨酸残基临近，就很可能与O-糖基化位点有关。许多脯氨酸位于-1和+3位置，而带电荷的氨基酸残基通常不在-1和+3位置上。脯氨酸通过破坏螺旋的形成、促进β 转角和β片层的形成来影响蛋白质构象，大多数O-糖基化发生在被推测是β 转角的地方。丙氨酸、丝氨酸和苏氨酸一般与发生糖基化的氨基酸残基相邻。 多肽GalNAc转移酶家族 多肽GalNAc活性的纯化和鉴定首先以牛为原料完成。这导致了编码多肽GalNAcT活性的基因被克隆和鉴定，并被命名为多肽GalNAcT-1。 由牛多肽GalNAcT-1基因推测的氨基酸序列与其它已被鉴定的糖基转移酶的同源性不高，但是这个酶同所有糖基转移酶一样，表现的是Ⅱ型跨膜蛋白，并带有朝向胞液的小片段。 正如人们所期望的那样，在脊椎动物细胞类型中，O-聚糖是无处不在的。此后的研究也揭示在各种生物中，至少存在8个同源的多肽GalNAcT基因（多肽GalNAcT-1-8）。 理解O-聚糖的功能可能要求必须理解为什么存在那么多各自都能启动O-聚糖生物合成的基因。现已测定了4个哺乳动物同工酶具有多肽GalNAc活性；秀丽新小杆线虫中发现至少5个具有编码多肽GalNAcT的基因。 这些同工酶之间底物的结构特异性有所不同，但是GalNAc转移到丝氨酸或苏氨酸的倾向无明显差别。 存在多种多肽GalNAcT的事实可以反映出，一种或少数糖蛋白的糖基化有个体的组织特异性或细胞类型特异性作用。这些不同的多肽GalNAc转移酶同工酶也可能在亚细胞区室，包括在内质网和高尔基体的定位不同。 在脊椎动物中O-聚糖的多样性变化：核心结构亚型的形成 在多肽GalNAcT作用下产生的O-聚糖有多种共同的核心结构亚型，这些亚型的产生是基于单糖与未取代的GalNAc之间有不同的连接反应。 大多数O-聚糖含有Core1亚型结构，它由半乳糖与GalNAc以β1-3键相连而成。对应的糖基转移酶是Core1 β1-3半乳糖基转移酶（Core1GalT）。 Core2型O-聚糖的产生是通过GlcNAc以β1-6键与GalNAc相连，并要求以Core1型结构为底物。 Core3型O-聚糖的生成受Core3GlcNAcT酶活性的控制，该酶用GalNAcα-Ser/Thr作底物。 Core4型O-聚糖是在Core3的基础上由GlcNAcT酶作用生成双天线形式的Core4型O-聚糖。 较不常见的O-聚糖核心结构亚型 从Core1到Core4 O-聚糖组成了体内产生的O-聚糖的大多数结构，而其中多数是Core2亚型，但是，已有报道对 GalNAcα-Ser/Thr结构还有其它的修饰。