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당생물학

당생물학(糖生物學, 영어: glycobiology)은 생물학의 새로운 과학 분야로, 생화학과 분자생물학을 바탕으로 글리칸(당사슬)의 구조, 생합성, 생물학적 기능에 대해 연구하는 학문이다.[1][2] 생물체에서 당은 필수적인 구성 요소이며, 이들이 수행하는 다양한 기능과 역할을 연구한다.

역사 편집

옥스포드 영어사전에서는 당생물학을 탄수화물의 화학과 생화학의 결합접 학문이라고 서술하고 있다(1988년, Raymond Dwek).[3] 이러한 결합은 글리칸의 세포생물학과 분자생물학에 대한 훨씬 더 큰 이해의 결과물이다.

당포합체 편집

당은 다른 유형의 생물학적 분자와 연결되어 당포합체를 형성 할 수 있다. 글리코실화의 효소 과정은 글리코사이드 결합에 의해 자신과 다른 분자에 연결된 당 또는 당류를 생성하여 글리칸을 생성한다. 당단백질, 프로테오글리칸, 당지질은 포유류의 세포에서 발견되는 가장 풍부한 당포합체이다. 이들은 주로 외부 세포막과 분비된 액체에서 발견된다. 당포합체는 그 자체에 더하여 다양한 글리칸 결합 수용체의 세포 표면에 존재하기 때문에 세포-세포 상호작용에서 중요한 것으로 나타났다.[4][5] 단백질 접힘 및 세포 부착 기능 외에도 단백질의 N-결합 글리칸은 단백질의 기능을 조절할 수 있으며 경우에 따라 스위치 역할을 한다.

당쇄체학 편집

당쇄체학은 유전체학, 단백체학과 마찬가지로 특정 세포 유형 또는 유기체의 모든 글리칸 구조의 체계적인 연구 및 당생물학의 하위 집합이다.[6][7]

당 구조 연구의 과제 편집

당 구조에서 볼 수 있는 가변성은 단당류 단위가 항상 표준 방식으로 함께 결합되는 단백질의 아미노산 또는 DNA의 뉴클레오타이드와는 반대로 여러 가지 방식으로 서로 결합되는 것에서 관찰된다.[8] 당사슬 구조에 대한 연구는 아미노산 서열이 상응하는 유전자에 의해 결정되는 단백질의 경우와는 달리 생합성을 위한 직접적인 주형이 없기 때문에 복잡하다.[9]

글리칸은 2차 유전자 산물이므로 많은 효소의 작용에 의해 생성된다. 글리칸의 구조는 다양한 생합성 효소의 발현, 활성 및 접근성에 따라 달라질 수 있기 때문에 단백질과 마찬가지로 구조 및 기능 연구를 위해 다량의 글리칸이 필요하지만 이를 생산하기 위한 재조합 DNA 기술을 사용할 수 없다.

글리칸의 구조 예측 및 글리칸 결합 리간드 연구를 위한 최신 도구 및 기술 편집

고급 분석 기기와 소프트웨어 프로그램을 함께 사용하면 글리칸 구조의 신비를 풀 수 있다. 글리칸의 구조 및 분석을 위한 기술에는 액체 크로마토그래피(LC), 모세관 전기영동(CE), 질량 분석(MS), 핵자기 공명(NMR) 및 렉틴 어레이(Lectin Array)가 있다.[10]

가장 널리 사용되는 기술 중 하나는 질량 분석이다.

글리칸 어레이는 탄수화물 특이성을 정의하고 리간드를 식별하기 위해 렉틴 또는 항체로 스크리닝 할 수 있는 탄수화물 화합물을 포함한다.

다중 반응 모니터링(MRM) 편집

다중 반응 모니터링(Multiple Reaction Monitoring, MRM)은 위치 특이적 글리코실화 프로파일링에 사용된다. MRM은 대사체학 및 단백체학에서 광범위하게 사용되었지만 넓은 범위에 대한 높은 감도와 선형 반응으로 인해 당사슬 바이오 마커 연구 및 발견에 적합하다. MRM은 삼중/사중 극자(QqQ) 기기에서 수행되는데, 이 장비는 첫 번째 사중 극자에서 미리 결정된 전구체 이온, 충돌 사중 극자에서 조각화, 세 번째 사중 극자에서 미리 결정된 조각 이온을 감지하도록 설정된다. 이는 비스캐닝 기법으로, 각 전이가 개별적으로 감지되고 여러 전이의 감지가 듀티 사이클에서 동시에 발한다. 이 기술은 면역 글리칸을 특성화하는데 사용된다.

의학 편집

헤파린, 에리트로포이에틴 및 몇 가지 항독감 약물과 같이 이미 시장에 나와있는 약물은 효과가 입증되었으며 새로운 종류의 약물로서 글리칸의 중요성을 강조한다. 또한 새로운 항암제에 대한 연구는 당생물학에서 새로운 가능성을 열어주고 있다.[11] 새롭고 다양한 작용 기전을 가진 항암제와 항염증제, 항감염제 등이 현재 임상 시험 중이다. 이러한 글리칸은 복잡한 구조로 인해 재현 가능한 방식으로 합성하기 어려운 분자이지만, 이 새로운 연구 분야는 미래를 위해 꼭 필요하다.

같이 보기 편집

각주 편집

  1. ↑ 《Essentials of glycobiology》. Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2nd edition. 2008. ISBN 978-0-87969-770-9. 
  2. ↑ 《Essentials of glycobiology》. Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1999. ISBN 0-87969-560-9. 
  3. ↑ “Glycobiology”. 《Annu. Rev. Biochem.》 57 (1): 785–838. 1988. doi:10.1146/annurev.bi.57.070188.004033. PMID 3052290. 
  4. ↑ “CD28 T cell costimulatory receptor function is negatively regulated by N-linked carbohydrates”. 《Biochem. Biophys. Res. Commun.》 317 (1): 60–7. 2004. doi:10.1016/j.bbrc.2004.03.012. PMID 15047148. 
  5. ↑ “Role of N-glycans in growth factor signaling”. 《Glycoconj. J.》 20 (3): 207–12. 2004. doi:10.1023/B:GLYC.0000024252.63695.5c. PMID 15090734. 
  6. ↑ Cold Spring Harbor Laboratory Press Essentials of Glycobiology, Second Edition
  7. ↑ Schnaar, RL (June 2016). “Glycobiology simplified: diverse roles of glycan recognition in inflammation.”. 《Journal of Leukocyte Biology》 99 (6): 825–38. doi:10.1189/jlb.3RI0116-021R. PMC 4952015. PMID 27004978. 
  8. ↑ Kreuger, J (2001). “Decoding heparan sulfate”. 2008년 1월 11일에 확인함. 
  9. ↑ Marth, JD (2008). “A unified vision of the building blocks of life”. 《Nature Cell Biology》 10 (9): 1015–6. doi:10.1038/ncb0908-1015. PMC 2892900. PMID 18758488. 
  10. ↑ Aizpurua-Olaizola, O.; Sastre Toraño, J.; Falcon-Perez, J.M.; Williams, C.; Reichardt, N.; Boons, G.-J. (March 2018). “Mass spectrometry for glycan biomarker discovery”. 《TrAC Trends in Analytical Chemistry》 100: 7–14. doi:10.1016/j.trac.2017.12.015. ISSN 0165-9936. 
  11. ↑ 《Function of glycoprotein glycans T.I.B.S.》. 1985. 78–82쪽. 

 

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