パウシマンノシル化

少マンノシド糖鎖は、ショウジョウバエなどの昆虫のN-グリコームの主要成分を形成します。^{[ 16 ]}セイヨウミツバチApis melliferaの毒成分の糖鎖プロファイリングにより、少マンノシル化はヒアルロニダーゼやホスホリパーゼなどの主要タンパク質の一般的な修飾であることが明らかになりました。^{[ 17 ] [ 18 ]}

昆虫細胞株は、哺乳類の糖タンパク質の組換え発現によく利用されるため、マウスインターフェロン-β ^{[ 19 ]} 、ヒトIgG ₁ ^{[ 20 ]}、仔牛アルカリホスファターゼ^{[ 21 ]}などのように、パウシマンノース型糖鎖で修飾されている。

線虫門に分類されるモデル生物であるCaenorhabditis elegansは、糖鎖生物学において最も研究されている無脊椎動物種の一つです。文献には、線虫のパウシマンノース型糖鎖のレパートリーが明確に記載されています。[ 22 ]^また、別のモデル線虫であるPristionchus pacificusも、一般的な線虫のパウシマンノース型糖鎖を発現することが記録されています。^{[ 10 ]}

Haemonchus contortusなどの寄生性線虫は、腸管ミクロソームアミノペプチダーゼに結合したパウシマンノシド糖鎖を保有していることが報告されている。^{[ 23 ]}さらに、Ascaris suum ^{[ 24 ]}、Heligmosomoides polygyrus ^{[ 25 ] 、Trichuris suis [ 26 ]}などの他の寄生性線虫によるパウシマンノシド糖鎖の発現を記録した報告もある。

これまでに研究されたほとんどの植物種は、構成的にパウシマンノシドN-グリコプロテインを発現することが知られています。パウシマンノシドN-グリコプロテインは、Lotus japonicusの豆類の種子^{[ 27 ]}、Oryza sativaのイネの種子と葉^{[ 28 ]}などの植物の液胞に豊富に発現しています。文献では、キシロースとフコースで修飾された植物特有のパウシマンノシドグリカン構造の証拠が提供されています。このような構造は、広範なストレプト植物（陸上植物）と緑藻植物（緑藻）のクレード、およびPhaeodactylum tricornutumなどの珪藻類に見られます^{[ 4 ]}。報告が少ないビキシロース化パウシマンノシドグリカンも文書化されています^{[ 29 ] 。}

^{ウズラ[ 30 ]} 、ニワトリ^{[ 31 ]}、哺乳類^{[ 6 ]}などの脊椎動物では、パウシマンノシドタンパク質が報告されており、限られた種類のパウシマンノシド糖鎖構造を包含している^{[ 4 ]} 。初期の研究では、家畜^{[ 32 ]}およびヒト組織^{[ 33 ]}のリソソーム糖タンパク質上のパウシマンノシド糖鎖が報告されたが、その後、非リソソーム糖タンパク質も装飾していることが判明した^{[ 34 ] [ 35 ]} 。特に、ヒト好中球の顆粒は、パウシマンノシドタンパク質の主要な供給源である。^{[ 6 ] [ 7 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}少マンノシドタンパク質はヒト単球およびマクロファージでも観察されており^{[ 39 ]}、少マンノシド免疫糖ペプチドはSARS-CoV-2に感染した樹状細胞によって提示されることがわかっています。^{[ 40 ]}脊椎動物に関連する動物界の他のクラスの種も少マンノシドタンパク質を発現することが記録されています。^{[ 41 ]}珍しい植物および無脊椎動物のような少マンノシド糖鎖構造の観察もあります^{[ 5 ]}

かなりの注目を集めているにもかかわらず、糖生物学の文献には、真菌類内にパウシマンノシドタンパク質が存在するという証拠は含まれていません。したがって、この界の真菌種はタンパク質のパウシマンノシル化を欠いていると考えられており^{[ 11 ]}、代わりに、伸長して分岐したマンノースで装飾された触角からなる高マンノシル化N-糖タンパク質を持っています。^{[ 42 ] [ 43 ]}

他のN結合型糖鎖と同様に、ほとんどの種におけるパウシマンノシドタンパク質の生合成は、β-N-アセチルヘキソサミニダーゼ（Hex）やα-マンノシダーゼなどの限られた糖酵素の作用によって、GnT-I依存性および非依存性切断経路を介して促進されることが報告されている。^{[ 4 ]}

昆虫細胞株の研究およびD. melanogasterでの生体内実験により、Hexo1およびHexo2の活性発現、そして最も重要なことに、A. thalianaおよびヒトHexのオルソログであるGNaseとしても知られる融合βローブ（FDL）をコードする融合ローブ（fdl）遺伝子が明らかになった。FDLは小胞および形質膜に豊富に発現しており、Hexo1およびHexo2とは異なり、ショウジョウバエのパウシマンノシドタンパク質産生と関連付けられている。^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}しかし、よく研究されているD. melanogasterおよび他の一般的な昆虫モデル生物を除いて、多様な昆虫のクラス全体で、Hexの活性関与および/またはパウシマンノシドタンパク質産生のためのGnT-I非依存性経路または代替切断経路の協調的使用の可能性に関する確固たる証拠は得られていない。

モデル生物であるC. elegansはよく研究されており、確固たる糖生物学文献によって、他の真核生物種と多くの特徴を共有する線虫のN-グリコシル化機構に関する知見が得られています。 ^{[ 48 ] [ 49 ]} C. elegansは、GnT-I依存経路を介してパウシマンノシドタンパク質を生成することが知られており、この経路では、まずGnT-IがGlcNAcキャップ付き糖タンパク質中間体を生成します。2つのC. elegans遺伝子（hex-2、hex-3 ）によってコードされる2つのHexアイソザイム（HEX-2およびHEX-3）によるさらなる処理により、置換されていないC. elegansパウシマンノシド糖鎖が生成されます。

他の糖酵素は、α-Man II、α1,6-およびα1,3-フコシルトランスフェラーゼなど、さらなる処理と構造的多様性を触媒します。活性は低いものの、GnT-I非依存性のα1,6-フコシルトランスフェラーゼもC. elegansで観察されており、^{[ 50 ] [ 51 ]} GnT-I依存性および非依存性の両方の経路が線虫におけるパウシマンノシドN-グリコプロテインの形成に寄与している可能性があることを示唆しています。しかし、 C. elegansにおける特異な非糖およびコア修飾パウシマンノシドN-グリカンを支える生合成プロセスは、まだ解明されていません。

ヘキソサミニダーゼ（Hex）は、植物界全体で植物特異的なパウシマンノースタンパク質を生成するための重要なグリコシドヒドロラーゼです。HEXO1-HEXO3は、Nicotiana benthamiana ^{[ 52 ]} 、 A.thaliana ^{[ 53 ]}、L. japonicus ^{[ 54 ]}を含むさまざまな植物種でパウシマンノース発現の重要なメディエーターであることが報告されています。さらに、α1,3-フコシルトランスフェラーゼ（FUT11/12）^{[ 55 ]}、β1,2-キシロシルトランスフェラーゼ^{[ 56 ]}、およびα-マンノシダーゼII ^{[ 57 ]}も、植物によって発現されるパウシマンノースタンパク質の生成において重要な役割を果たすことが報告されています。^{[ 54 ]}

ヒトでは、Hex を介した GnT-I 依存性切断経路が、少なくとも好中球を含むいくつかの組織において、パウシマンノシドタンパク質の産生を促進することが知られています。^{[ 9 ]}ヒト Hex アイソザイムは、それぞれ HEXA 遺伝子と HEXB 遺伝子によってコードされる α サブユニットと β サブユニットから組み立てられます。^{[ 58 ]}これらの 2 つのサブユニットから、Hex A (1 つの α サブユニットと 1 つの β サブユニット)、Hex B (2 つの β サブユニット)、Hex S (2 つの α サブユニット) などのアイソザイムが生成されます。Hex A と Hex B の両方が、ヒトにおいて重要な機能的役割を果たしていることが報告されています。 ^{[ 58 ]}特に、ガングリオシドのリソソーム分解において。最近、HEXAとHEXBの両方がヒト好中球におけるタンパク質のパウシマンノシル化を媒介することが報告されており^{[ 9 ]}、したがって、癌発生中のパウシマンノシドタンパク質の産生増加の主な要因である可能性もある^{[ 14 ]。}最近のin vitroでの観察では、脊椎動物におけるパウシマンノシドタンパク質の直接的なコアフコシル化を伴う他の非標準的な切断経路が示唆されているが、これはまだ検証されていない^{[ 4 ]。Hex} AおよびHex Bアイソザイムは、好中球の発達中にこれらの酵素をこの区画に誘導すると考えられるタイミングによるターゲティング機構の結果として、主にヒト好中球のアズール顆粒に存在する。^{[ 59 ]}最近、好中球において顆粒特異的な糖鎖修飾が示され、アズール顆粒に顕著なパウシマンノシル化が見られました。この観察結果は、まだ文書化されていない「タイミングによる糖鎖修飾」メカニズムに起因すると示唆されています。^{[ 60 ]}脊椎動物種全体にわたって、パウシマンノシドタンパク質の生合成はほとんど研究されていません。

脊椎動物におけるタンパク質のパウシマンノシル化の機能は、依然としてほとんど解明されていない。しかし、最近の文献では、パウシマンノシル化が炎症、病原体感染、癌、幹細胞の発達、および正常な恒常性などの病態生理学的プロセスを媒介する役割を果たしていることが示されている。例えば、マイコバクテリウム結核菌に感染したマクロファージ^{[ 61 ]} 、妊娠高血圧症^{[ 62 ]}、および尿路感染症の際にヒト尿路上皮細胞から分泌されるタム・ホースフォールタンパク質においてパウシマンノシドタンパク質の発現上昇が示されており、これらの状態におけるパウシマンノシル化の関与が示唆されている^{[ 63 ]} 。さらに、嚢胞性線維症および気道感染症を患う人の喀痰にもパウシマンノシドタンパク質が豊富に含まれていることが観察されている。^{[ 64 ] [ 65 ]}さらに、パウシマンノシル化はヒト好中球^{[ 8 ] [ 38 ] [ 66 ] [ 7 ]}、単球[ ^{39 ]、マクロファージ[ 61 ]}の顕著な特徴であることが報告されている。最近の文献では、脳^{[ 67 ]} 、乳房^{[ 68 ]}、血液 [ 61 ]、^{メラノーマ[ 69} ]、^{非メラノーマ [ 70} ] ^、肝臓[ 71 ]、卵巣^{[ 72 ]}、^{前立腺癌[ 73 ]を含む}さまざまなヒト癌 [ 14 ] に関連するパウシマンノシドタンパク質のシグネチャーの上昇も実証されている。^{隣接する非腫瘍組織と}比較すると、腫瘍ではパウシマンノシド糖エピトープが豊富に見られた。文献では、胚性幹細胞^{[ 74 ]}および神経幹細胞^{[ 75 ]}におけるパウシマンノシル化の存在も報告されており、これらの細胞における潜在的な機能的役割が示唆されている。特に、ヘキソサミニダーゼの欠損は、臨床的に重要なテイ・サックス病およびサンドホフ病を引き起こし、これらの疾患におけるヘキソサミニダーゼおよびパウシマンノシドタンパク質の関与も示唆している。

哺乳類のパウシマンノシド糖鎖の内因性および外因性の結合パートナーとして、マクロファージマンノース受容体（CD206）やデクチン-2などが示唆されている^{[ 3 ]}。デクチン-1、DC-SIGN、DC-SIGNRなどの他の推定内因性パウシマンノシドタンパク質受容体も提案されているが、実験的裏付けはまだ得られていない。大腸菌FimH ^{[ 76 ]}や緑膿菌PA-IIL ^{[ 77 ]}などのパウシマンノシド糖鎖の外因性結合因子も、これらの日和見病原体の接着および病態生理において重要な役割を果たしていることが報告されている。

D. melanogaster では、FDL 欠損変異体はパウシマンノース欠損を示し、特にショウジョウバエの運動機能障害を引き起こしました。これは、Hex および/またはパウシマンノースタンパク質が、捉えどころのない経路を介して、ショウジョウバエの必須プロセスに関与していることを示しています。^{[ 78 ]}予想どおり、影響の少ないモノアレル fdl 変異は、パウシマンノースタンパク質の形成を減少させ、末梢長期記憶ニューロンの生成を停止させることで、致死的ではないものの依然として重篤な表現型を引き起こすことが示されました。末梢長期記憶ニューロンの生成障害^{[ 12 ]}は、ショウジョウバエの fdl および MgatI null 変異でも観察され、その結果、不妊症と運動機能障害が生じました。フコシル化パウシマンノース糖鎖の欠如は、fdl および Mgat1 変異体の両方で神経障害に寄与すると考えられています。フコシル化パウシマンノシド糖鎖の重要性は、ショウジョウバエのα1,6-フコシルトランスフェラーゼをコードするFucT6遺伝子の変異が寄生虫感染に対するショウジョウバエの免疫応答の障害をもたらすことを報告した研究によって裏付けられています。^{[ 79 ]}これらの表現型の観察を総合すると、ショウジョウバエのパウシマンノシド糖鎖（その一部はヒトのレパートリーと重複している）は、ショウジョウバエの発生、免疫機能、および生存プロセスにおいて極めて重要であることが示唆されます。コクヌストモドキは幼虫期以降にパウシマンノシドタンパク質を豊富に発現することが報告されており、^{[ 80 ]}パウシマンノシドタンパク質は初期発生中に強く制御されていることを示唆する他の研究の知見を再現しています。^{[ 15 ]}したがって、線虫やショウジョウバエに見られるものと同様に、まだ知られていないコクゾウムシのキャリアタンパク質に結合したパウシマンノース糖鎖は、コクゾウムシの成長と生存プロセスに不可欠である可能性が高い。

ホスホコリン修飾および非置換のC. elegansパウシマンノシド糖鎖の発現は発生段階特異的であると報告されており、線虫の発生において重要な役割を果たしていることを示唆している。^{[ 81 ]}これを裏付けるように、C. elegans hex-2遺伝子ノックアウト変異体は、野生型線虫と比較してパウシマンノシドタンパク質レベルの低下と線虫毒性レクチンに対する感受性の変化を示し、パウシマンノシドタンパク質がC. elegansの重要な生存プロセスに関与していることを示唆する相関関係を示した。^{[ 82 ]}機能的には、ホスホコリン含有パウシマンノシド糖鎖は寄生性線虫において免疫調節の役割を果たすことが実証されている。^{[ 83 ]}パウシマンノシド糖鎖は、線虫が病原性細菌と戦って生き残る能力に影響を与えることで、線虫の自然免疫系において役割を果たしていることが示唆されている。^{[ 84 ]}