糖基化

糖基化（英语：Glycosylation）是在酶的控制下，蛋白质或脂质附加上糖类的过程。此过程为四种共翻译（co-translational）与后翻译修饰的一种形式，发生于高尔基体。蛋白质经过糖基化作用之后，可形成糖蛋白。聚糖在膜和分泌蛋白中发挥多种结构和功能作用^[1]。在粗面内质网中合成的大多数蛋白质经历糖基化。它是一种酶导向的位点特异性过程，而与糖化的非酶促化学反应相反。糖基化也作为O-GlcNAc修饰存在于细胞质和细胞核中。 Aglycosylation是工程化抗体绕过糖基化的一个特征^[2]^[3]。

目的

糖基化是碳水化合物与靶高分子（通常是蛋白质和脂质）共价连接的过程。这种修改具有各种功能^[4] 。例如，一些蛋白质不能正确折叠，除非它们是糖基化的^[1] ；HSP70需要经过蛋白质糖基化才能够具有功能性^[5]。在其他情况下，蛋白质不稳定，除非它们含有在某些天冬酰胺残基的酰胺氮处连接的寡糖。

总的来说，糖基化需要通过形成它的可能的进化选择压力来理解。在一个模型中，多样化可以纯粹视为内生功能的结果。然而，更可能的是，通过逃避病原体感染机制（例如，螺杆菌（英语：Helicobacter）附着于末端糖残基）来驱动多样化，并且然后内源地利用多细胞生物体内的多样性。

糖蛋白多样性

糖基化增加了蛋白质组的多样性，因为几乎糖基化的每个方面都可以被修饰，包括：

糖苷键 - 聚糖连接的位点
聚糖组合物 - 与给定蛋白质连接的糖类型
聚糖结构 - 可以是未支化的或支链的糖链
聚糖长度 - 可以是短炼或长链寡糖

糖基化种类

糖基参与了许多重要的生物过程，包含细胞黏附、分子转运及清除、激活受体、信号传递及胞吞作用^[6]。糖基化可以进一步的被区分为6种类型，包含N 型糖基化 (N-linked glycosylation)、O 型糖基化 (O-linked glycosylation)、C 型甘露糖基化 (C-linked mannosylation)、S 型糖基化 (S-linked glycosylation)、磷酸糖基化 (phospho-glycation)和糖基磷脂酰肌醇化 (Glypiation)，其中N型糖基化和O型糖基化是在糖蛋白中最常见的修饰过程^[7]。

N 型糖基化 : 寡糖与氮原子进行键结，通常连结于天冬氨酸 (Aspartic acid)的残基上。
O 型糖基化 : 寡糖与包含羟基的氨基酸键结，通常连结于丝氨酸或苏氨酸的残基上。
C 型甘露糖基化 : 甘露糖 (Mannose)残基与细胞外蛋白中的色氨酸 (Tryptophan)残基进行共价连接。
S 型糖基化 : 寡糖与半胱氨酸 (Cysteine)结合形成肽键。
磷酸糖基化 : 寡糖透过磷酸二酯键与蛋白质进行结合。
糖基磷脂酰肌醇化 : 糖蛋白主要锚定于糖磷脂酰肌醇上。

机制

有许多糖基化机制，尽管大多数有共同的特征^[1]：

与糖化不同，糖基化是酶促过程。实际上，糖基化被认为是最复杂的翻译后修饰，因为涉及大量的酶促步骤^[8] 。
供体分子通常是激活的核苷酸糖（英语：Nucleotide sugar）。
该过程是非模板化的（与DNA转录或蛋白质翻译不同）; 相反，细胞依赖于将酶分离到不同的细胞区室（例如，内质网，高尔基体中的池中）。因此，糖基化是位点特异性修饰。

临床

据报导，人类中有超过40种糖基化紊乱（英语：Congenital disorder of glycosylation）^[9]。这些可以分为四组：蛋白质N-糖基化紊乱，蛋白质O-糖基化紊乱，脂质糖基化紊乱，和其他糖基化途径以及多种糖基化途径紊乱。对于任何这些疾病都没有有效的治疗方法。

对治疗效果的影响

据报导，哺乳动物糖基化可以改善生物治疗药物的治疗功效。例如，在HEK 293平台中表达的重组人类的干扰素伽玛(干扰素-γ)的治疗功效针对抗药性卵巢癌细胞系得到改善^[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). ISSN 0027-8424. PMID 11050244. doi:10.1073/pnas.97.22.12222.
^ Ohtsubo, Kazuaki; Marth, Jamey D. Glycosylation in cellular mechanisms of health and disease. Cell. 2006-09-08, 126 (5). ISSN 0092-8674. PMID 16959566. doi:10.1016/j.cell.2006.08.019.
^ Jayaprakash, Nisha Grandhi; Surolia, Avadhesha. Role of glycosylation in nucleating protein folding and stability. The Biochemical Journal. 2017-07-03, 474 (14). ISSN 1470-8728. PMID 28673927. doi:10.1042/BCJ20170111.
^ 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）.

外部链接

（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^{[失效链接]}
（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). ISSN 0027-8424. PMID 11050244. doi:10.1073/pnas.97.22.12222.

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

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

[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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