Protein Modification MOC
단백질 변형(Protein Modification)은 ER에서 일어나는 주요 생합성 기능 중 하나이다. 단백질이 ER로 translocation된 후, 적절한 구조와 기능을 갖추기 위해 다양한 공유결합 변형을 받는다.
주요 변형 과정
1. Disulfide bond formation
- ER lumen의 산화 환경에서 일어나는 과정
- Protein disulfide isomerase (PDI)에 의해 촉매됨
- 단백질의 folding 상태를 안정화
- 세포외 환경이나 organelle lumen에 노출되는 단백질에 필수적
2. Glycosylation
- ER에서 처리되는 단백질의 약 절반에 일어나는 변형
- 주요 유형:
- N-linked glycosylation: ER에서 시작
- O-linked glycosylation: ER에서 첫 번째 sugar 추가 시작
- Oligosaccharides가 단백질에 부착됨
- 단백질 folding 상태를 표시하는 tag 역할
3. GPI anchor 부착
- 일부 막 단백질이 받는 특수한 변형
- Glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor가 C-말단에 공유결합
- Transamidase enzyme이 ER membrane에서 촉매
- Plasma membrane에 단백질 고정
변형의 기능적 중요성
Folding과 품질 관리
- Oligosaccharides는 folding 상태의 timer로 작용
- Calnexin and Calreticulin이 불완전하게 접힌 단백질을 인식
- ER-associated degradation (ERAD)으로 misfolded 단백질 제거
- Protein folding in ER의 핵심 과정
구조적 안정성
- Disulfide bond formation으로 단백질 구조 안정화
- 가혹한 세포외 환경에서 단백질 보호
- Native conformation 유지
기능적 다양성
- Glycosylation이 단백질의 기능, 안정성, 위치 결정에 영향
- 세포 인식, 신호전달, 면역 반응에 관여
- GPI anchor를 통한 membrane 분포 조절
Chaperone과 Folding Enzyme
Chaperones
- BiP: Major ER chaperone, hsp70 family
- Calnexin and Calreticulin: Lectin chaperone, glycoprotein 특화
- ERp57: Disulfide bond 관련 chaperone
Folding Catalysts
- Protein disulfide isomerase (PDI): Disulfide bond 형성/재배열
- Peptidyl-prolyl isomerase: Proline isomerization
- Glucosyl transferase: Quality control에 관여
- Mannosidase: Timer 기능
Quality Control System
감시 메커니즘
- Oligosaccharides를 통한 folding 상태 monitoring
- Calnexin and Calreticulin cycle
- Time-based selection (mannosidase timer)
- BiP를 통한 hydrophobic region 감시
대응 시스템
- 성공적 folding: ER export
- Misfolding: ER-associated degradation
- Persistent stress: Unfolded protein response
ER-Associated Degradation (ERAD)
ER-associated degradation은 misfolded protein을 제거하는 시스템:
- Retrotranslocation to cytosol
- Deglycosylation
- Ubiquitylation
- Proteasomal degradation
Unfolded Protein Response (UPR)
Unfolded protein response는 ER stress에 대한 adaptive response:
- IRE1 pathway: mRNA splicing
- PERK pathway: Translation 조절
- ATF6 pathway: Transcription factor 활성화
- 목표: ER capacity 증가, homeostasis 회복