N-結合型グリコシル化
糖タンパク質には2つのタイプの結合が関係している。糖鎖の糖残基の間の結合と、糖鎖とタンパク質を連結する結合である。
糖鎖内の糖はグリコシド結合で互いに連結されている。これらの結合は典型的には糖分子の1位と4位の炭素の間で形成される。グリコシド結合の形成はエネルギー的に不利であり、そのため2分子のATPの加水分解と共役している。
一方、糖鎖のタンパク質への結合にはコンセンサス配列の認識が必要である。N-結合型糖鎖はほぼ常に、Asn-X-Ser/Thrコンセンサス配列中のアスパラギンの窒素原子に付加される。Xはプロリン以外の任意のアミノ酸である。
動物細胞では、アスパラギンに付加される糖鎖はほぼ必ずβ結合型N-アセチルグルコサミン(GlcNAc)である。このβ結合は上述した糖鎖構造中の糖の間の連結と類似している。アノマー炭素は糖のヒドロキシル基に付加される代わりに、アスパラギンのアミドの窒素に付加される。この連結に必要なエネルギーは糖-リン酸結合の切断から得られる。
N-結合型糖鎖のプロセシングは小胞体とゴルジ体で行われる。初期の前駆体分子のトリミングは小胞体で行われ、その後のプロセシングはゴルジ体で行われる。
新生ポリペプチドへの完成した糖鎖の転移に伴って、グリコシダーゼと呼ばれる酵素によって一部の糖残基が除去される。これらの酵素は水分子を用いてグリコシド結合を切断する。これらの酵素はエキソグリコシダーゼであり、糖鎖の非還元末端に位置する単糖のみに対して作用する。この初期のトリミング段階は、小胞体内でタンパク質のフォールディングを監視する品質管理段階として機能すると考えられている。
タンパク質が正しくフィールディングすると、糖鎖の末端のグルコースがグルコシダーゼI、IIによって除去される。最後の3番目のグルコース残基の除去は、糖タンパク質が小胞体からシスゴルジへの移行の準備が整ったことのシグナルとなる。また、小胞体のマンノシダーゼによって一部のマンノースの除去が触媒される。しかし、タンパク質が適切にフォールディングしていない場合はグルコース残基は除去されず、糖タンパク質は小胞体から移動することができない。シャペロンタンパク質(カルネキシン/カルレティキュリン)がフォールディングしていないタンパク質や部分的にフォールディングしたタンパク質に結合し、適切なフォールディングを助ける。
“Glycans in the immune system and The Altered Glycan Theory of Autoimmunity: a critical review”. Journal of Autoimmunity 57: 1–13. (February 2015). doi:10.1016/j.jaut.2014.12.002. PMC 4340844. PMID 25578468. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4340844/.