
ケラタン硫酸(KS)は、ケラト硫酸とも呼ばれ、角膜、軟骨、骨などに特に多く見られる、いくつかの硫酸化グリコサミノグリカン(構造炭水化物)のいずれかです。中枢神経系でも合成され、発生[ 1 ]と損傷後のグリア瘢痕形成[ 2 ]の両方に関与しています。ケラタン硫酸は、関節内で機械的衝撃を吸収するクッションとして機能する、大きくて水和度の高い分子です。
他のグリコサミノグリカンと同様に、ケラタン硫酸は繰り返し二糖単位からなる直鎖状ポリマーです。ケラタン硫酸はプロテオグリカン(PG)として存在し、KS鎖が細胞表面タンパク質または細胞外マトリックスタンパク質(コアタンパク質と呼ばれる)に結合しています。KSコアタンパク質には、ルミカン、ケラトカン、ミメカン、フィブロモジュリン、PRELP、オステオアデリン、アグリカンなどがあります。
ケラタン硫酸の基本的な繰り返し二糖単位は -3 Gal β1-4 GlcNAc6S β1- です。これは、Gal または GlcNAc単糖のいずれか、または両方の炭素位置 6 (C6) で硫酸化されます。ただし、特定の KS タイプの詳細な一次構造は、次の 3 つの領域で構成されていると考えるのが最適です。[ 3 ]
単糖であるマンノースは、ケラタン硫酸I型(KSI)の結合領域内に存在します。KSIIの繰り返し領域内の二糖はフコシル化される場合があり、N-アセチルノイラミン酸は、すべてのケラタン硫酸II型(KSII)鎖とKSI型鎖の最大70%の末端をキャップします。[ 4 ]
KSI と KSII という名称は、もともとケラタン硫酸が分離された組織の種類に基づいて付けられました。KSI は角膜組織から、KSII は骨格組織から分離されました。[ 5 ] [ 6 ]両方の供給源から抽出された KS と、同じ供給源から抽出された KS の間には、わずかな単糖組成の違いがあります。しかし、各 KS タイプがコアタンパク質に結合する方法には大きな違いがあります。[ 7 ] KSI と KSII という名称は現在、これらのタンパク質結合の違いに基づいています。KSI はN-アセチルグルコサミンを介して特定のアスパラギンアミノ酸にN結合し、KSII はN-アセチルガラクトサミンを介して特定のセリンまたはトレオニンアミノ酸にO結合します。[ 8 ] KS タイプは組織特異性がないことが示されたため、KS の組織に基づく分類はもはや存在しません。[ 4 ]脳組織からは、マンノースを介して特定のセリンまたはトレオニンアミノ酸にO結合した3番目のタイプのKS(KSIII)も単離されている。[ 9 ]
角膜に存在するケラタン硫酸(KS)の量は、軟骨中のKSの10倍、他の組織中のKSの2~4倍である。[ 10 ]ケラタン硫酸は角膜ケラトサイトによって産生され[ 11 ] 、角膜の水分保持の動的な緩衝材としての役割を果たしていると考えられている。黄斑角膜ジストロフィー(MCDC)と呼ばれるまれな進行性疾患では、ケラタン硫酸の合成が欠如している(MCDCタイプI)か、異常である(MCDCタイプII)。[ 12 ]
オステオアドヘリン、フィブロモジュリン、およびPRELPは、骨と軟骨に見られるコアタンパク質であり、N結合型KS鎖によって修飾される。オステオアドヘリンおよびフィブロモジュリンに結合したKS鎖は、角膜に見られるものよりも短く、通常8~9個の二糖単位の長さである。[ 13 ]一方、角膜KSIは、硫酸化の程度が異なる多数のドメインで構成されており、最も長いものは8~32個の二糖単位の長さである。フィブロモジュリンKSの非還元末端は、角膜KSIよりもKSII型ケラタン硫酸の非還元末端の構造に類似している。したがって、KSの構造は、コアタンパク質への結合タイプではなく、組織特異的なグリコシルトランスフェラーゼの利用可能性によって決定されると考えられている。[ 4 ]
軟骨KSIIはほぼ完全に硫酸化されており、二硫酸化モノマーが時折単一の一硫酸化ラクトサミンモノマーによって中断される構成となっている。[ 8 ]フコシル化も一般的であり、硫酸化GlcNAcの炭素3位にα結合フコースが存在するが、気管KSIIの場合はこの特徴は見られない。