糖とう鎖くさり

糖とう脂質ししつの一種いっしゅであるガングリオシドGQ1ｂ

糖とう鎖くさり（とうさ、英語えいご: glycan）とは、各種かくしゅの糖とうがグリコシド結合けつごうによって、鎖くさりのようにつながりあった一群いちぐんの化合かごう物ぶつを指さす。結合けつごうした糖とうの数かずは2つから数すう万まんまで様々さまざまであり、10個こ程度ていどまでのものをオリゴ糖とうとも呼よぶ。多数たすうのαあるふぁ-グルコース分子ぶんしからが直線ちょくせん上じょうに結合けつごうしたアミロースやセルロースは最もっとも単純たんじゅんな糖とう鎖くさりといえる。

糖とう鎖くさりは糖とう同士どうしだけでなく、タンパク質たんぱくしつや脂質ししつその他たの低てい分子ぶんしとも結合けつごうして多様たような分子ぶんしを作つくり出だす。これら糖とうタンパク質たんぱくしつ、糖とう脂質ししつは生体せいたい内ないで重要じゅうような生理せいり作用さようを担になう。

糖とう鎖くさりは、タンパク質たんぱくしつ、DNA・ゲノムに続つづく第だい三さんの生命せいめい鎖くさり（バイオポリマー）と呼よばれる。前者ぜんしゃ二ふたつに比くらべ遅おくれていた研究けんきゅうが本格ほんかく化かしつつあり、日本にっぽんの東海とうかい国立こくりつ大学だいがく機構きこうなどが糖とう鎖くさりのデータベース化かなどのプロジェクトに2023年度ねんどから着手ちゃくしゅした。

生体せいたい内ないでの糖とう鎖くさり

アミロースやアミロペクチン、グリコーゲンなどは、グルコースを多数たすう結合けつごうさせて、体内たいないでのエネルギー源げんとして保存ほぞんしやすい形かたちに蓄積ちくせきしたものといえる。またセルロースやキチンなどは丈夫じょうぶな繊維せんいになるため、動植物どうしょくぶつの体からだを構築こうちくする素材そざいとして重要じゅうようである。糖とうタンパク質たんぱくしつの糖とう鎖くさりには、セリンやスレオニンのヒドロキシ基もとにαあるふぁ結合けつごうしているO-グリコシド結合けつごう糖とう鎖くさりと、アスパラギンのアミノ基もとにβべーた結合けつごうしているN-グリコシド結合けつごう糖とう鎖くさりがある。N-グリコシド結合けつごう糖とう鎖くさりはサイトソルと小しょう胞体で合成ごうせいされ、オリゴ糖とう転移てんい酵素こうそ（OST）によってタンパク質たんぱくしつのアスパラギンに結合けつごうさせられる。この糖とう鎖くさりは熱ねつショックタンパク質しつのフォールディングに関かかわっているものもあり、それらはシャペロンといわれる。O-グリコシド結合けつごう糖とう鎖くさりにはムチン型かた糖とう鎖くさり、プロテオグリカン、糖とう脂質ししつなどがある。

細胞さいぼう表面ひょうめんにもシアル酸さんを含ふくむガングリオシドなどの糖とう鎖くさりは存在そんざいしており、これらは細胞さいぼう接着せっちゃく、抗原こうげん抗体こうたい反応はんのう、ウイルスの感染かんせんなど細胞さいぼうのコミュニケーションに重要じゅうような役割やくわりを担になう。例たとえば血液けつえき型がた（ABO式しき）の違ちがいを作つくり出だしているのも、糖とう鎖くさりの構造こうぞうの差さである。また生理せいり活性かっせいを持もつ低てい分子ぶんしの中なかにも糖とう鎖くさりを持もつものがあり、これらはDNAの特定とくていの配置はいちを認識にんしきして結合けつごうするなどしてその作用さようをアシストしている。

構造こうぞうの多様たよう性せい

糖とう鎖くさりはタンパク質たんぱくしつ、DNAに続つづく第だい3のバイオポリマーと呼よばれるが、その重要じゅうような特性とくせいは構造こうぞうの多様たよう性せいにある。タンパク質たんぱくしつ・DNAの素材そざいであるアミノ酸あみのさんや核酸かくさん塩基えんきは一いち列れつに並ならぶことしかできないのに対たいし、糖とうは多数たすうのヒドロキシ基もとが全すべて結合けつごうに活用かつようしうるため、枝分えだわかれして複雑ふくざつな構造こうぞうを作つくり出だすことができる。またグリコシド結合けつごうのαあるふぁ・βべーたの異性いせい体たいも考かんがえ合あわせれば、考かんがえられる糖とう鎖くさりの数かずはさらに増ふえる。糖とうの種類しゅるい自体じたいもペントース、ヘキソース、アミノ糖とう、ウロン酸さん類るい、デオキシ糖とうなどバリエーションが多おおいため、糖とう鎖くさりの種類しゅるいは実じつに膨大ぼうだいなものになる。糖とう鎖くさりが情報じょうほうを担になう分子ぶんしであるのは、こうした条件じょうけんによっているといえる。

糖とう鎖くさりの合成ごうせい

遺伝子いでんし工学こうがくの進展しんてんによりタンパク質たんぱくしつの合成ごうせいが簡単かんたんにできるようになったのに対たいし、糖とう鎖くさりの合成ごうせいは純粋じゅんすいな化学かがく合成ごうせいに頼たよらざるを得えず、これが糖とう鎖くさりの機能きのう解明かいめいを阻はばむ大おおきな要因よういんとなっている。化学かがく合成ごうせいによる手段しゅだんも、前述ぜんじゅつしたように糖とう鎖くさりの構造こうぞうは複雑ふくざつであるため十じゅう分ふん発展はってんしているとは言いい難がたい。

まず糖とうの特定とくていのヒドロキシ基もとだけを反応はんのうさせるために、他たのヒドロキシ基もととの反応はんのう性せいの差さを利用りようして保護ほご基もとをかける必要ひつようがある。様々さまざまな条件じょうけんで脱だつ保護ほごできる保護ほご基もとが開発かいはつされており、グルコースなど一般いっぱん的てきな糖とうには選択せんたく的てきな保護ほごを行おこなうための手段しゅだんが確立かくりつされている。ただしこの保護ほごだけでも多た段階だんかいを要ようし、高たかい技術ぎじゅつが必要ひつようとなる。

グリコシル化か反応はんのうも臭におい化か糖とう、フッ化か糖とう、アセトイミデート、チオグリコシドなど様々さまざまな誘導体ゆうどうたいを用もちい、立体りったいを制御せいぎょしながら糖とう同士どうしを結合けつごうさせる反応はんのうが数多かずおおく開発かいはつされている。ただしこれらによってもまだ収おさむ率りつ・選択せんたく性せいなど十分じゅうぶんとは言いい難がたく、自由じゆうに必要ひつような糖とう鎖くさりを作つくり出だせる段階だんかいにはまだ遠とおいのが現状げんじょうである。固かた相あい合成ごうせいによって効率こうりつよく合成ごうせいを行おこなう手段しゅだんも検討けんとうされつつある。

また、近年きんねん糖とう転移てんい酵素こうそを用もちいた酵素こうそ合成ごうせいも盛さかんに行おこなわれて来きている。シアル酸さん転移てんい酵素こうそ、ガラクトース転移てんい酵素こうそ、フコース転移てんい酵素こうそなどの一部いちぶは糖とう核酸かくさんを供与きょうよ体たいとして、適切てきせつな基質きしつを選択せんたくする事ことで、高こう収おさむ率りつ、高こう選択せんたく的てきに目的もくてきの糖とうを導入どうにゅうする事ことができる。

化学かがく合成ごうせいと酵素こうそ合成ごうせいを併用へいようした、chemo-enzymatic な方法ほうほうは、生理せいり活性かっせい糖とう鎖くさりを合成ごうせいする有力ゆうりょくな方法ほうほうの一ひとつになっている。