Glykosylaatio

Glykosylaatio on proteiinin posttranslationaalinen eli proteiinisynteesin jälkeinen muokkaus, jossa polypeptidiketjun tai -ketjujen tiettyihin aminohappotähteisiin kiinnitetään entsyymiohjatusti glykaaneita eli sokerirakenteita. Glykaanit kiinnittyvät aminohappotähteisiin O- tai N-glykosidisilla sidoksilla muodostaen glykoproteiineja. O-glykosidisidoksella tapahtuvaa kiinnittymistä kutsutaan O-glykosylaatioksi ja N-glykosidisidoksella tapahtuvaa N-glykosylaatioksi. Myös lipidit voivat glykosyloitua.

N-glykaanin synteesi

N-glykosylaatiossa polypeptidiketjun tai -ketjujen asparagiiniaminohappotähteisiin kiinnittyy sokeriosia eli glykaaneita N-glykosidisilla sidoksilla. Asparagiiniin kiinnittyvä monosakkaridi on yleensä aina N-asetyyliglukosamiini, joka siis aloittaa N-glykaanin. N-glykoproteiinit eli proteiinit, joissa on kiinnittyneenä N-glykaaneita, ovat glykoproteiinien pääluokka. Plasman proteiineista pääosa kuuluu N-glykoproteiineihin. N-glykoproteiineja on kiinnittyneinä myös solukalvoissa. Proteiinien oikeassa laskostumisessa on N-glykaaneilla suuri merkitys.
Kun glykoproteiinin translaatio alkaa ribosomissa, sen alussa on usein signaalipeptidi, joka ohjaa ribosomin ja peptidin endoplasmakalvostoon eli solulimakalvostoon. Endoplasmakalvoston kalvossa on translokoni, jonka läpi peptidiketjua aletaan syöttää solulimakalvoston onteloon. Juuri kalvon sisäpuolella on joukko proteiineja, jotka tutkivat uutta peptidiketjua etsien tiettyä sekvenssiä, johon blokkina paikalle tuotava glykaanikimppu kiinnittyy. Kiinnityskohtana toimii Asn-X-Ser/Thr sekvenssi, jossa asparagiinin ja seriinin/treoniinin välissä voi olla mikä tahansa aminohappo paitsi proliini. Asparagiinin vapaa aminoryhmä ottaa glykaanin vastaan, koska vielä laskostumaton peptidisäie taipuu niin, että seriinin hydroksyyliryhmä tekee asparagiinin aminotypestä nukleofiilisemmän, johon sokeriketju sitten voi sitoutua N-glykosidisella sidoksella.
Glykaanirakenne tuodaan peptidiketjuun kantajaan kiinnitettynä. Kantajana toimii dolikolipyrofosfaatti, joka on pitkäketjuinen polyisoprenoidi (lipidi), joka on ankkuroitunut solukalvoon siten, että fosfaattiryhmät ovat endoplasmakalvoston lumenin eli ontelon puolella. Glykaaniketjua aletaan rakentaa dolikoliin sytosolin puolella, jossa UDP-GlcNAc (N-asetyyliglukosamiini, johon on kiinnittynyt uridiinidifosfaatti) luovuttaa siihen ensin kaksi N-asetyyliglukosamiinia, jotka spesifi glykosyylitransferaasi kiinnittää paikoilleen. Sitten GDP-Man (mannoosi, johon on kiinnittyneenä guanosiinidifosfaatti) transferaasien avustuksella kiinnittää siihen yksi kerrallaan viisi mannoosia. Viidennen mannoosin jälkeen flippaasi entsyymi kääntää glykaanidolikolin endoplasmakalvoston kalvon sisäpuolelle, jossa siihen lisätään edelleen neljä mannoosia, joten kaiken kaikkiaan muodostuvassa glykaanissa mannooseja on yhdeksän. Mannoosit on järjestetty kolmeen runkoon eli haaraan, joista ensimmäiseen lisätään yksi kerrallaan vielä kolme glukoosia. Seitsemän viimeisen monosakkaridin, neljän mannoosin ja kolmen glukoosin, kantajana toimii nukleotidin asemesta dolikoli-P. Kun glukoositkin ovat paikoillaan, oligosakkaryylitransferaasi siirtää glykaanikimpun peptidirunkoon.

N-glykaanin trimmaus

Kun glykaani on liitetty peptidirunkoon, aletaan siitä trimmata glukooseja irti. Uloimmaisen glukoosin poistaa endoglykaasi I ja seuraavan endoglykaasi II. Jäljelle jää yksi glukoosi kaperonin sitomista varten. Myös A-rungossa olevat kolme mannoosia ovat tarpeellisia, jotta glykaani sitoutuisi kaperoniin riittävällä affiniteetilla.

N-glykaanin merkitys laskostumisessa

Laskostamista avustavat joko BiP (tunnetaan myös kaperoni Grp78:na) tai kalneksiini/kalretikuliini ja niihin liittyvät tioli-disulfidi-oksidoreduktaasit. Molemmat kaperonisysteemit ovat tarjolla. Ensin peptidiketjuun sitoutumaan ehtivä systeemi, aloittaa laskostumisen auttamisen. Myöhemmissä vaiheissa kaperoni voi vaihtua toiseksikin. Jos glykaaniketju on lähellä NH₂-terminusta, peptidiin sitoutuu ensin kalneksiini tai kalretikuliini, ja jos glykaani on sitten COOH-päässä peptidiä, BiP aloittaa kaperonina.