Calnexin and Calreticulin
Calnexin과 calreticulin은 ER에서 단백질 folding을 돕는 Ca²⁺-dependent chaperone protein이다. 이들은 carbohydrate-binding protein (lectin)으로서 불완전하게 접힌 단백질을 인식하고 ER에 retention시킨다.
구조와 특성
Calnexin
- Type: ER membrane-bound chaperone
- Location: ER membrane에 anchored
- Requirement: Ca²⁺ 필요
Calreticulin
- Type: Soluble ER resident protein
- Location: ER lumen
- Requirement: Ca²⁺ 필요
- Function: Calnexin과 유사하게 작동
작동 메커니즘
1. Oligosaccharide Recognition
인식하는 구조:
- Singly glucosylated N-linked oligosaccharide
- Terminal glucose 1개를 가진 oligosaccharide
- 이는 새로 만들어진 (그리고 아직 접히지 않은) glycoprotein의 표지
2. Quality Control Cycle
단계별 과정:
Step 1: Initial binding
- 새로 합성된 단백질이 ER로 들어옴
- N-linked precursor oligosaccharide 획득
- ER glucosidase가 2개의 glucose 제거
- 1개의 terminal glucose 남음
- Calnexin/calreticulin이 결합
Step 2: Folding attempt
- Chaperone이 단백질을 unfolded 상태로 유지
- 비가역적 aggregation 방지
- Folding 시도
Step 3: Glucose removal
- Glucosidase가 마지막 glucose 제거
- Calnexin/calreticulin로부터 방출
- De-glucosylated glycoprotein 형성
Step 4: Folding check
완전히 접힌 경우:
- ER을 빠져나갈 수 있음
- Golgi로 transport
불완전하게 접힌 경우:
- Glucosyl transferase가 인식
- Terminal glucose 재부착 (UDP-glucose 사용)
- Calnexin/calreticulin과 재결합
- Cycle 반복
3. ERp57과의 협력
ERp57 chaperone:
- Calnexin/calreticulin과 함께 작용
- Free sulfhydryl 그룹 인식
- 불완전한 Disulfide bond formation 표지
- 단백질을 ER에 retention
협력 메커니즘:
- Calnexin/calreticulin: Oligosaccharide 인식
- ERp57: Free cysteine 인식
- 함께 불완전하게 접힌 단백질을 종합적으로 평가
Folding Timer 기능
Prolonged Retention의 결과
Mannosidase의 역할:
- 단백질이 cycle에서 오래 머무를수록
- ER-resident mannosidase가 terminal mannose 제거
- Trimmed oligosaccharide 생성
Degradation 유도:
- Reduced mannose를 가진 oligosaccharide
- ER lectin이 인식
- ER-associated degradation (ERAD)로 routing
- 빠르게 접히는 단백질만 mannosidase trimming 회피
생리적 중요성
1. Protein Quality Control
- 모든 새로 만들어진 glycoprotein 감시
- 올바르게 접힌 단백질만 ER 통과 허용
- Misfolded protein의 축적 방지
2. Selective Retention
Retention 기준:
- Exposed hydrophobic regions
- Free sulfhydryl groups
- Incorrect oligomeric assembly
- Incomplete glycosylation
3. Degradation Pathway 연결
- Prolonged retention → Mannose trimming
- Trimmed oligosaccharide → ERAD signal
- ER 용량 보호
다른 Chaperone과의 차이
BiP (Hsp70 family)와 비교:
- BiP: Hydrophobic sequence 인식, post-translational translocation에도 사용
- Calnexin/Calreticulin: Oligosaccharide 인식, glycoprotein에 특화
- 두 system 모두 단백질 aggregation 방지
Functional complementarity:
- BiP: Non-glycosylated protein 담당
- Calnexin/Calreticulin: Glycoprotein 담당
- ERp57: Disulfide bond formation 감시
질병과의 연관
Glycosylation Defects
- Congenital disorders of glycosylation (CDG)
- Calnexin/calreticulin system 기능장애
- 신경계, 간, 신장 이상
ER Stress
- Unfolded protein 축적
- Unfolded protein response 활성화
- Calnexin/calreticulin의 upregulation