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糖鎖






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核酸 

単糖 

タンパク質
 

グルコース
 

自然免疫




糖鎖とは
  • タンパク質や脂質に結合して細胞表面に張り出している物質で、ブドウ糖や果糖など複数の糖が樹状につながったもの。
  • 生体内で働くタンパク質に結合して タンパク質の構造を変化させる。構造が変わったタンパク質は機能も変わり、様々な働きをする。
  • 他の細胞や毒素・ホルモンなどと結合して情報のやり取りをする「アンテナ」の役割を果たしている。
  • グルコース(ブドウ糖)やガラクトースなどの単糖類が鎖状に多数結合した分子。
  1. 一般には生体の細胞表面に存在する糖鎖を示す場合が多い
  2. 核酸タンパク質に次ぐ『第3の生体物質』とも言われる
  3. 細胞膜のタンパク質と結合した糖タンパク、脂質と結合した糖脂質の形をとる。
  4. タンパク質や脂質は細胞膜中に埋もれているため、糖鎖は細胞表面からヒゲのように生えた状態になっている。
  5. 糖鎖は複数の糖が結合して出来ている。
  6. 細胞の表面にあって細胞同士の認識で目印になっている。
  7. ガン化やウイルス感染に深く関係している

糖鎖は生命第3の鎖
  • 糖鎖を知れば病気も分かる。
    第1の鎖である人のゲノム(全遺伝情報)が解読されて約8年、「ゲノムの直接産物で第2の鎖とされるタンパク質を解析するだけでは生物全体は分からない」。糖鎖転移酵素を発見した産業技術総合研究所の成松久糖鎖医工学研究センター長は、こう強調する。糖鎖が結びついた『グライコプロテオーム』(生体内のタンパク質の多くは糖鎖修飾され活性を有する。すべての糖鎖付加されたタンパク質を総称してグライコプロテオームと呼ぶ)の研究こそが需要という。
  • 人を含む真核生物のタンパク質の過半数には糖鎖がくっついている。糖タンパク質として存在することで、体の中でいろいろな役割を果たすことができる。たとえば、インフルエンザウイルスが人のノド周辺の細胞を狙って感染するのも、上皮細胞に特有の糖鎖をウイルスが認識するからだ。
  • 糖鎖は単糖の鎖だが、細胞によってどんな形になるかまちまち。細胞膜 からニュキニョキと枝分かれして生えている糖鎖が細胞の性質を表すとも言われるほどだ。
    同センターの池原謙・分子医用技術開発チーム長は“糖鎖はタグ(荷札)みたいなもの。タンパク質だけだとどの臓器のどの部位の細胞が作ったものかは分からないが、糖タンパク質として検出できれば由来が明確になる”と解説する



糖鎖は糖の分子が何個も結びついて鎖状になり、途中で枝分かれもする複雑な構造を持った高分子。
  • 報告されているだけで1000種類あり、タンパク質や脂質とくっつくと[糖タンパク質][糖脂質]などを構成する。細胞表面にも多数存在する。
    その働きは多彩で、糖鎖と結びついたタンパク質などの制御で、その安定化や体内輸送、活性化を司る。ヒトゲノム解読終了後でタンパク質の機能解析が進んでいるが、多くのタンパク質には糖鎖がくっついていて、糖タンパク質として分析しないと正確な働きは分からない。
    細胞表面に出ている糖鎖は、各種ホルモンや生理活性物質と結びついていて細胞間の情報伝達の一翼を担い、細胞同士の接着にも関係する。
    糖鎖構造は体内組織によって異なり、血液型も糖鎖の違いによるものだ。
    細胞のガン化でも糖鎖構造が急激に変化することが知られており、ガン診断に使う腫瘍マーカーも多くは糖鎖だ。
    ウイルスや病原菌は細胞表面にある糖鎖を認識して内部に入って増殖する。

糖鎖の種類
  1. 糖タンパク質
  2. 糖脂質
  3. プロテオグリカン(細胞と細胞の間を埋める細胞外基質)







遺伝子は1種類のタンパク質しか作らない。その機能を変えるのは表面に着く糖鎖。
  • 疾病と関連する生体分子との反応を変えるため、メカニズムの解明には糖鎖の違いをみることが不可欠。そのカギを握るのが糖をつなげて結合させていく酵素。
    これまで約180種類見つかっている。その第1号を見つけたのが成松久・産総研・糖鎖医工学研究センター長。

    産業技術総合研究所糖鎖光学研究センター副センター長の成松久氏は糖鎖合成に関係する遺伝子群『糖鎖遺伝子』の研究で世界に先頭に立つ。
    ウイルスや病原菌の多くは細胞表面にある特定の糖鎖を手がかりに細胞内に入り込む。膨大な種類の糖鎖を基板表面に規則正しく配列した検査チップがあれば、ウイルスが狙う糖鎖がたちどころに判明する。この情報を手がかりにすれば、ウイルスの増殖を防ぐ薬や、ウイルス感染を早期に検出するシステムが開発できる。
    成松がいる茨城県つくば市の産総研糖鎖工学研究センターには世界でココにしかない糖鎖の分析装置や器具がいくつもある。設計通りの糖鎖を迅速に自動合成出来る糖鎖合成ロボットはその1つ。
    糖鎖合成では、糖転移酵素と呼ばれる酵素を使って、糖の特定部位に別の糖の特定部位を結びつける。このプロセスを繰り返すことで糖の鎖が伸びていく。
    糖鎖研究はまずヒトゲノムの中から糖鎖移転酵素の遺伝子を解明することから始まる。成松氏は1983年から米国立衛生研究所(NIH)留学時代、糖転移酵素の遺伝子第1号を発見。
    ヒトの糖鎖移転酵素は230種類程度とみられている。これまで約170種類が見つかった。その6割が日本の研究者の発見で、重要遺伝子の多くに成松氏がかかわってきた。
    成松氏が実現した糖鎖合成ロボットは糖鎖チップと共に、複雑な糖鎖の構造を自動分析する装置の実現に道を開いた




京大、糖鎖を高分子に組み込む
  • 宮本教授らはスチレンに似た物質に糖の一種でありラクトースを結合した分子を多数結合させ、枝部分にラクトースをぶらさげた構造の高分子を合成した。反応の温度や時間、反応開始のきっかけとなる種物質の濃度などを最適化することで、臨む大きさの高分子を合成出来るようにした。

糖鎖の状態を分析
  • 2012年、東京大学医科学研究所の田中耕一客員教授や清木元治教授は、タンパク質の表面にくっつき、機能を制御する鎖状の糖類「糖鎖」の状態を簡単に分析できる方法を開発した。
  • 成果は米科学誌プロス・ワンに発表。
  • 調べたいタンパク質の断片を選別する手間が不要で、混合物が含まれた極微量の状態から、濃縮させて糖鎖の状態を調べることができる。
  • 開発した手法で、ガンが周囲の組織に浸潤する際に重要な役割を果たすタンパク質「MT1ーMMP」を分析した。その結果、くっついている糖鎖の数が一定でなく、まちまちで、予想外のところに糖鎖がついている場合があることが分かった。





『糖鎖』を自動合成できる商用機
  • 北海道大学の西村紳一郎教授らと産業技術総合研究所、日立ハイテクノロジーズは共同で、医薬原料で病気の研究に不可欠な『糖鎖』を自動合成できる商用機を開発した。開発した装置は酵素を利用して、水中で糖をくっつける。
    @まず1つの糖をくっつけた水溶性の螺旋状高分子と結合させたい糖を水中に入れる。
    Aここに、酵素を加えて糖同士を結合させる。
    B酵素には磁性体がくっつけてあり、合成後に不要になった酵素を、磁石で取り除く。
    C結合せずに残った糖は中空糸膜で濾過して取り除く。
    DA〜Cの工程を繰り返して糖鎖を伸ばす。
    E切断酵素をつかって酵素の働きを止め、糖鎖を分離する。合成反応が効率よく進むように温度管理などを徹底し、糖を3個つないだ糖鎖なら1日、8個つないだものなら3日以内に合成できる。
    北海道大学の西村教授らはこの装置で合成した糖鎖を活用し、ガン細胞を殺すガンワクチンの開発や注射回数が少ないインスリンの開発に取り組んでいる


糖鎖チップの市販品
  • 2011年、住友ベークライトは創薬研究や臨床研究の際に使う「糖鎖チップ」を開発した。
  • 糖鎖を直接、基板に固定したチップの市販品は初めて。
  • スライドガラス状のプラスチック基板に、29種類の糖鎖と23種類の糖鎖をを固定した2種類。
  • 糖鎖はブドウ糖などの糖が鎖状に連なった分子。脂質やタンパク質と一緒に細胞表面から突き出ている。主に、細胞間の情報伝達を担っている。人間の血液型「ABO型」は細胞表面の糖鎖構造の違いから分類されたもの。
  • インフルエンザウイルスが細胞に感染する際にも糖鎖が関係している。
  • 糖鎖の異常が糖尿病や肝疾患、アルツハイマー病などの発症に関係しているとされる








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