コラーゲンの翻訳後修飾リジン

I型コラーゲンは、脊椎動物で最も豊富な構造タンパク質です。これは、2つのα1鎖と1つのα2鎖で構成されるヘテロトリマー分子であり、NおよびC末端の両方で短い非トリプルらせんテロペプチドを備えた長い途切れないトリプルヘリカル構造を形成します。生合成中、コラーゲンは、このタンパク質の構造と生物学的機能にとって重要なリジン修飾を含む多くの翻訳後修飾を獲得します。コラーゲンのリジン修飾は、生合成、共有分子間架橋の最終ステップにつながるいくつかの酵素のグループによって触媒される非常に複雑な連続プロセスです。細胞では、特定のリジン残基をヒドロキシル化してヒドロキシリジンを形成します。次に、分子のらせんドメインに位置する特定のヒドロキシリシン残基を、ガラクトースまたはグルコースガラクトースの添加によりグリコシル化します。細胞の外側では、nおよびc-テロペプチドのリジンおよびヒドロキシリシン残基を酸化的に分解して、一連の非酵素凝縮反応を受ける反応性アルデヒドを生成し、共有分子間および関節間クロスリンクを形成します。分子および細胞生物学の最近の進歩、および分析技術により、これらの修飾の生物学的意義と分子メカニズムが徐々に解明されています。この章では、これらの酵素リジンの修飾とその後の架橋に関する概要を説明します。

Type I collagen is the most abundant structural protein in vertebrates. It is a heterotrimeric molecule composed of two α1 chains and one α2 chain, forming a long uninterrupted triple helical structure with short non-triple helical telopeptides at both the N- and C-termini. During biosynthesis, collagen acquires a number of post-translational modifications, including lysine modifications, that are critical to the structure and biological functions of this protein. Lysine modifications of collagen are highly complicated sequential processes catalysed by several groups of enzymes leading to the final step of biosynthesis, covalent intermolecular cross-linking. In the cell, specific lysine residues are hydroxylated to form hydroxylysine. Then specific hydroxylysine residues located in the helical domain of the molecule are glycosylated by the addition of galactose or glucose-galactose. Outside the cell, lysine and hydroxylysine residues in the N- and C-telopeptides can be oxidatively deaminated to produce reactive aldehydes that undergo a series of non-enzymatic condensation reactions to form covalent intra- and inter-molecular cross-links. Owing to the recent advances in molecular and cellular biology, and analytical technologies, the biological significance and molecular mechanisms of these modifications have been gradually elucidated. This chapter provides an overview on these enzymatic lysine modifications and subsequent cross-linking.