<h1>당질화 및 당사슬 수식 과정</h1><p>진핵생물에서 단백질에 당사슬이 부가되는 반응에는 \( N \)-결합 혹은 \( O \)-결합 당질화 ( \( N \)-linked or \( O \)-linked glycosylation)의 두 가지 형태가 있으며, 세포 내의 대표적인 번역 후 수식 과정의 하나로 알려져 있다. 이 두 당질화 과정은 Table 2에 보여지는 것과 같이 당사슬 합성 및 부가 메커니즘에 약간의 차이가 있으며, 이중 단백질의 \( N \)-결합 당질화는 단백질의 폴딩, 단백질의 분비 및 막단백질의 자리 옮김 (translocation), 단백질 품질 조절 (protein quality control), 단백질의 올리고머화 및 단백질의 분류 (sorting)에 관여하는 중요한 생체 메커니즘이다. 진핵생물에서 당사슬의 합성은 소포체와 골지체에서 이루어지는데, \( N \)-당사슬 합성의 시작은 소포체에서 돌리콜 피로인산 (dolichol pyrophosphate, PP-Dol)에 ALG (Asparagine-Linked Glycosylation)로 명명된 일련의 ALG 당전이 효소 (glycosyltransferase) 들이 \( N \)-아세틸글루코사민 (N-acetylglucosamine, GlcNAc), 만노스 (mannose, Man), 포도당 (glucose, Glc) 등을 부가하여, 최종적으로 지질과 연결된 올리고당 (lipid-linked oligosaccharide; LLO) 형태의 복합 당사슬인 \( \mathrm{Glc}_{3} \mathrm{Man}_{9} \mathrm{GlcNAc}_{2} \)-PP-Dol을 합성하게 된다. 이를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같이 세 단계로 나누어 설명할 수 있다: 첫 단계에서의 당사슬의 생합성은 세포질 (cytoplasm)의 7개의 ALG 당전이효소 (glycosyltransferase: ALG7, ALG1, ALG2, ALG11 이외에 미 규명된 3개의 ALG)에 의해 \( \mathrm{Man}_{5} \mathrm{GlcNAc}_{2} \)-PP-Dol 형태로 당사슬이 합성된다. 두번째 단계에서는 세포질에서 합성된 \( \mathrm{Man}_{5} \mathrm{GlcNAc}_{2} \)-PP-Dol 형태의 당사슬이 ATP 의존적인 flippase Rft1 에 의해 소포체 막 안쪽인 루멘 (lumen)으로 플리핑 (flipping)되고, 루멘에 들어간 당사슬에 소포체 내에 존재하는 나머지 6 개의 만노실트랜스퍼라아제 (mannosyltransferase)인 ALG 당전이 효소 (ALG3, ALG9, ALG12, ALG6, ALG8, ALG10)에 의해 4 개의 만노스와 3 개의 포도당이 순차적으로 전달되어 최종적으로는 \( \mathrm{Glc}_{3} \mathrm{Man}_{9} \mathrm{GlcNAc}_{2} \)-PP-Dol로 생합성된다. 최종적으로 합성된 돌리콜 피로인산 지질과 연결된 올리고당은 소포체 루멘에서 8 개 이상의 서브 유닛 (subunit)으로 구성된 복합체 형태의 효소인 올리고당 전이효소 (oligosaccharyltransferase)에 의해 단백질 합성을 위해 트랜스로콘 (translocon) 시스템으로 부터 번역되어 나오는 N-x-S/T를포함하는 펩타이드 (nascent polypeptide)의 \( N \)-당질화 시퀀 (sequon)에 한 번 (en bloc)에 전달 된다.</p><p>소포체에서 합성된 \( N \)-당사슬이 수식된 펩타이드는 소포체에서 글루코시다아제 (a-glucosidase I, Gls1p ; a-glucosidase II, Gls2p)와 만노시다아제 (a-mannosidase I, Mns1p)에 의한 글루코스 잔기 및 만노스 잔기의 일부 트리밍 (trimming) 을 통해 단백질 품질 조절 과정인 calnexin/calreticulin cycle을 경유한 후, 최종적으로 \( \mathrm{Man}_{8} \mathrm{GlcNAc}_{2} \) 형태의 당사슬을 갖는 완전히 폴딩된 형태의 단백질로 완성되며, 그 후 골치체로 옮겨지게 된다.</p><p>소포체에서 골지체로 이동하기 전까지의 단백질의 \( N \)-당사슬 생합성은 하위 진핵 생물인 효모에서 동물세포 그리고 식물에 이르기 까지 거의 동일한 과정을 거쳐 이루어진다. 하지만 소포체에서 골지체로 넘어간 \( \operatorname{Man}_{8} \mathrm{GlcNAc}_{2} \) 형태의 당사슬을 갖는 당단백질은 골지체에서 다시 \( \operatorname{Man}_{5} \mathrm{GlcNAc}_{2} \) 형태로 트리밍된다. 그리고 여기에 새로운 당들이 부가되는데, 이때 동물, 식물, 곤충 그리고 효모 등 각 종에 특이적인 당사슬이 형성 된다. 골지체에서 일어나는 당사슬 수식 과정을 통해서 당사슬의 구조는 더욱 다양하게 되는데, 주로 고-만노스형 (high-mannose type), 하이브리드형 (hydrid type) 및 복합형 (complex type) 당사슬의 세 그룹으로 구분할 수 있다. 특이적으로 식물 및 곤충세포에서는 결핍만노스형 (paucimannosidic)의 당사슬을 갖는 당단백질들이 관찰 되기도 한다. 이러한 종에 따른 당사슬 생합성 반응의 차이는 골지체에 존재하는 당사슬 결합 특이적인 당전이효소 (glycosyltransferase)들에 의해 결정되는데, 현재까지 보고된 골지체 내의 당전이 효소들로는 \( N \)-acetylglucosaminyltransferase (GNT), \( \beta \)-galactosyltransferase (\( \beta \)-GALT), \( \alpha \)-fucosyltransferase (\( \alpha \)-FUCT), \( \alpha \)-sialyltransferase (SIALT), \( \beta \)-xylosyltransferase (XYLT) 등이 있으며, 각 효소별로 다양한 아이소머 (isomer)들이 존재한다.</p>
루멘에 들어간 당사슬에 소포체 내에 존재하는 나머지 6 개의 만노실트랜스퍼라아제 (mannosyltransferase)인 ALG 당전이 효소에 의해 어떻게 생합성되나요?
4 개의 만노스와 3 개의 포도당이 순차적으로 전달되어 최종적으로는 \( \mathrm{Glc}_{3} \mathrm{Man}_{9} \mathrm{GlcNAc}_{2} \)-PP-Dol로 생합성된다