O-Glykosylierung

Die O-Glykosylierung (synonym O-Glycosylierung) ist eine posttranslationale Modifikation, bei der Kohlenhydrate (Glykosylgruppen) an Hydroxygruppen von Proteinen unter Ausbildung einer Etherbindung (O-) angehängt werden.

Eigenschaften

Die O-Glykosylierung ist eine Form der Glykosylierung, bei der die Glykosylgruppen mit der Seitenkette der Aminosäuren Serin oder Threonin in Proteinen kovalent verbunden werden.[1] Sie kommt in allen Lebewesen vor. In Wirbeltieren wird die O-Glykosylierung unter anderem bei der Biosynthese von Proteoglykanen (für die extrazelluläre Matrix und Zelladhäsion),[2] Mucinen (im Schleim)[3] und Blutgruppenproteinen verwendet.[4] Je nach Protein und Erkennungssequenz wird eine andere O-Glykosylierung durchgeführt. Im Gegensatz zur O-Glykosylierung wird bei der N-Glykosylierung die Glykosylgruppe auf die Aminogruppe der Seitenkette der Aminosäure Asparagin übertragen.[1]

Biosynthese

Die Synthese der O-Glykosylierung erfolgt meist im Golgi-Apparat. Das erste Kohlenhydrat an der Hydroxygruppe eines glykosylierten Serins oder Threonins ist entweder ein N-Acetylglucosamin (GlcNAc), ein N-Acetylgalactosamin (GalNAc), eine Glucose (Glc), eine Mannose (Man), eine Fucose (Fuc) oder Xylose (Xyl).[1]

Das Anhängen eines GlcNAc erfolgt durch die O-GlcNAc-Transferase (EC 2.4.1.255). Die Verknüpfung von GalNAc erfolgt vor allem bei Mucinen, ist die häufigste Form der O-Glykosylierung und wird durch die UDP-N-Acetyl-D-galactosamin:polypeptid N-acetylgalactosaminyltransferase (O-GalNAc-Transferase, EC 2.4.1.41) katalysiert.[5] Mannose wird durch die Protein-O-Mannosyltransferase 1 und Protein-O-Mannosyltransferase 2 verknüpft (Mannosylierung). Fucose wird durch die GDP-Fucose Protein-O-Fucosyltransferase 1 (Fucosylierung) und Glucose wird durch die Protein-O-Glucosyltransferase an Notch gekoppelt.[6]

Gendefekte

Gendefekte in Genen der O-Glykosylierung sind mit über 20 Krankheiten assoziiert, darunter multiple Exostosen, die progeroide Variante des Ehlers-Danlos-Syndroms, Progerie, familiäre tumorale Calcinose, Schneckenbecken-Dysplasie, Walker-Warburg-Syndrom, spondylocostale Dysostose Typ 3 und Peters-Plus-Syndrom.[4][7]

Literatur

D. Voet, J. Voet: Biochemistry, 4. Aufl., Wiley, Weinheim 2011. ISBN 978-0-470-57095-1.
E. Staudacher: Mucin-Type O-Glycosylation in Invertebrates. In: Molecules. Band 20, Nummer 6, 2015, S. 10622–10640, doi:10.3390/molecules200610622, PMID 26065637.
M. Goto: Protein O-glycosylation in fungi: diverse structures and multiple functions. In: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. Band 71, Nummer 6, Juni 2007, S. 1415–1427, doi:10.1271/bbb.70080, PMID 17587671.
P. H. Jensen, D. Kolarich, N. H. Packer: Mucin-type O-glycosylation–putting the pieces together. In: FEBS Journal. Band 277, Nummer 1, Januar 2010, S. 81–94, doi:10.1111/j.1742-4658.2009.07429.x, PMID 19919547.
G. Zauner, R. P. Kozak, R. A. Gardner, D. L. Fernandes, A. M. Deelder, M. Wuhrer: Protein O-glycosylation analysis. In: Biological Chemistry. Band 393, Nummer 8, August 2012, S. 687–708, doi:10.1515/hsz-2012-0144, PMID 22944673.

Einzelnachweise

K. Drickamer, M. E.: Taylor Introduction to Glycobiology. 2. Ausgabe. Oxford University Press, 2006. ISBN 978-0-19-928278-4.
L. Zhang, K. G. Ten Hagen: The cellular microenvironment and cell adhesion: a role for O-glycosylation. In: Biochemical Society Transactions. Band 39, Nummer 1, Januar 2011, S. 378–382, doi:10.1042/BST0390378, PMID 21265808, PMC 3378992 (freier Volltext).
E. Tian, K. G. Ten Hagen: Recent insights into the biological roles of mucin-type O-glycosylation. In: Glycoconjugate journal. Band 26, Nummer 3, April 2009, S. 325–334, doi:10.1007/s10719-008-9162-4, PMID 18695988, PMC 2656418 (freier Volltext).
B. Cylwik, K. Lipartowska, L. Chrostek, E. Gruszewska: Congenital disorders of glycosylation. Part II. Defects of protein O-glycosylation. In: Acta biochimica Polonica. Band 60, Nummer 3, 2013, S. 361–368, PMID 24051442.
E. P. Bennett, U. Mandel, H. Clausen, T. A. Gerken, T. A. Fritz, L. A. Tabak: Control of mucin-type O-glycosylation: a classification of the polypeptide GalNAc-transferase gene family. In: Glycobiology. Band 22, Nummer 6, Juni 2012, S. 736–756, doi:10.1093/glycob/cwr182, PMID 22183981, PMC 3409716 (freier Volltext).
Emilia Servián‐Morilla, Hideyuki Takeuchi, Tom V Lee, Jordi Clarimon, Fabiola Mavillard: A POGLUT1 mutation causes a muscular dystrophy with reduced Notch signaling and satellite cell loss. In: EMBO Molecular Medicine. Band 8, Nr. 11, November 2016, ISSN 1757-4676, S. 1289–1309, doi:10.15252/emmm.201505815, PMID 27807076, PMC 5090660 (freier Volltext).
D. T. Tran, K. G. Ten Hagen: Mucin-type O-glycosylation during development. In: Journal of Biological Chemistry. Band 288, Nummer 10, März 2013, S. 6921–6929, doi:10.1074/jbc.R112.418558, PMID 23329828, PMC 3591602 (freier Volltext).

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[Drickamer-1] K. Drickamer, M. E.: Taylor Introduction to Glycobiology. 2. Ausgabe. Oxford University Press, 2006. ISBN 978-0-19-928278-4.

[2] L. Zhang, K. G. Ten Hagen: The cellular microenvironment and cell adhesion: a role for O-glycosylation. In: Biochemical Society Transactions. Band 39, Nummer 1, Januar 2011, S. 378–382, doi:10.1042/BST0390378, PMID 21265808, PMC 3378992 (freier Volltext).

[3] E. Tian, K. G. Ten Hagen: Recent insights into the biological roles of mucin-type O-glycosylation. In: Glycoconjugate journal. Band 26, Nummer 3, April 2009, S. 325–334, doi:10.1007/s10719-008-9162-4, PMID 18695988, PMC 2656418 (freier Volltext).

[PMID_24051442-4] B. Cylwik, K. Lipartowska, L. Chrostek, E. Gruszewska: Congenital disorders of glycosylation. Part II. Defects of protein O-glycosylation. In: Acta biochimica Polonica. Band 60, Nummer 3, 2013, S. 361–368, PMID 24051442.

[5] E. P. Bennett, U. Mandel, H. Clausen, T. A. Gerken, T. A. Fritz, L. A. Tabak: Control of mucin-type O-glycosylation: a classification of the polypeptide GalNAc-transferase gene family. In: Glycobiology. Band 22, Nummer 6, Juni 2012, S. 736–756, doi:10.1093/glycob/cwr182, PMID 22183981, PMC 3409716 (freier Volltext).

[6] Emilia Servián‐Morilla, Hideyuki Takeuchi, Tom V Lee, Jordi Clarimon, Fabiola Mavillard: A POGLUT1 mutation causes a muscular dystrophy with reduced Notch signaling and satellite cell loss. In: EMBO Molecular Medicine. Band 8, Nr. 11, November 2016, ISSN 1757-4676, S. 1289–1309, doi:10.15252/emmm.201505815, PMID 27807076, PMC 5090660 (freier Volltext).

[7] D. T. Tran, K. G. Ten Hagen: Mucin-type O-glycosylation during development. In: Journal of Biological Chemistry. Band 288, Nummer 10, März 2013, S. 6921–6929, doi:10.1074/jbc.R112.418558, PMID 23329828, PMC 3591602 (freier Volltext).