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糖基化磷脂酰肌醇锚定糖蛋白概述

在人类、昆虫、酵母、细菌和真菌的各种真核中发现了糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定蛋白,这表明它们是非常古老的修饰。通常,GPI 锚定蛋白不像其他翻译后修饰蛋白那样普遍,但作为一类糖蛋白,它们表现出相当大的同源性。

结构

GPI 锚定蛋白在其羧基末端通过磷酸二酯键与连接至三甘露糖基-非乙酰化葡糖胺(Man3-GlcN)核心的磷酸乙醇胺连接。GlcN的还原末端通过另一种磷酸二酯键与磷脂酰肌醇(PI)连接(图1)。

GPI 锚定蛋白的一般结构

图 1.GPI 锚定蛋白的一般结构。图中显示磷脂酰肌醇基团的脂质尾部通过外细胞膜插入并由脂质双层保持。

生物合成和降解

GPI锚组装在内质网的膜小叶上。完成后,其被转移至内腔,并将蛋白质的羧基末端连接至GPI锚。在跨膜转运后,通过将磷脂酰肌醇脂质基团插入疏水脂质双层中,GPI 锚定蛋白与细胞膜结合。一旦产生GPI 锚定蛋白,Man3-GlcN寡糖核心在从细胞分泌期间可经历额外的糖基化修饰。

GPI 锚定蛋白的释放可以通过用磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C(PLC-PI)(P5542和P8804)处理来完成。该酶特异性地水解磷脂酰肌醇的磷酸二酯键,形成游离的1,2-二酰基甘油和糖肽结合的肌醇环-1,2磷酸盐;PCL-PI的切割位点在图1中以红色显示。如果肌醇被酰化,则不会发生酶促切割;需要用温和的碱性条件进行预处理以除去脂肪酸基团。在酶促切割后,可以在用Triton® X-114(X114)处理膜之后,从不溶性沉淀/级分中回收GPI锚。从细胞膜中酶促释放GPI锚可以触发信号转导的第二信使。

功能

GPI 锚定蛋白参与膜蛋白运输、细胞粘附、细胞壁合成和细胞表面保护。在酵母中,GPI 锚定蛋白是细胞壁的组分,并且是细胞完整性所必需的。一些GPI锚定蛋白是抗原,例如人癌胚抗原(CarcinoEmbryonic Antigen,CEA),其用作癌症标志物。其他如人类逆转诱导富含半胱氨酸的蛋白质与Kazal基序(REversion-inducing Cysteine-rich protein with Kazal motifs,RECK)抑制肿瘤侵袭和转移。在哺乳动物细胞中,GPI 锚定蛋白被浓缩在脂筏中,脂筏参与受体介导的信号转导途径和膜运输。GPI 锚调节隐球菌磷脂酶B的分泌,是prostatin调节经上皮抗性和细胞旁路渗透性所必需的。

材料
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参考文献

1.
Verghese GM, Gutknecht MF, Caughey GH. 2006. Prostasin regulates epithelial monolayer function: cell-specific Gpld1-mediated secretion and functional role for GPI anchor. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 291(6):C1258-C1270. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00637.2005