Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
H. Fiedler

Glykosylierung

Glykosylierung
Englischer Begriff
glycosylation
Definition
Enzymatische Verknüpfung der glykosidischen Halbacetal-Hydroxylgruppen von Kohlenhydraten mit Hydroxyl- oder Stickstoffgruppen von Kohlenhydraten, Alkoholen, Phenolen, Pyrimidin- und Purinbasen, Lipiden und besonders von Proteinen (Glykoproteine). Nicht zu verwechseln mit der nicht- enzymatischen Glykierung („glycation“) (Glykierung, nichtenzymatisch).
Beschreibung
Die Glykosylierung von Proteinen erfolgt co- und meist posttranslational im endoplasmatischen Retikulum (ER) und teilweise im Golgi-Komplex (besonders bei O-Glykosiden). Die Bildung von O-Glykosiden erfolgt an Serin und Threonin beziehungsweise im Kollagen an Hydroxyprolin und Hydroxylysin. Die Kohlenhydrate (Glukose, Mannose, Galaktose, Fukose, N-Azetylglukosamin, N-Azetylneuraminsäure) müssen in Nukleosiddiphosphat-aktivierter Form vorliegen und werden durch spezifische Glykosyltransferasen übertragen.
Bei der N-Glykosylierung werden zunächst 2 UDP-N-Azetylglukosamine an das membranständige Dolicholphosphat geknüpft und um bis zu 9 Mannose- und 3 Glukosereste erweitert. Die gesamte Kohlenhydratkette wird in einem Schritt auf einen spezifischen Asparaginylrest (Asn-X-Ser/Thr) übertragen. Beim weiteren Durchlauf durch das ER und später im Golgi-Apparat werden einige Kohlenhydrate wieder entfernt („trimmen“, Processing) und andere, wie N-Azetylneuraminsäure, dafür angeheftet. Die N-Glykoside spielen mit Calreticulin und Calnexin im ER eine wichtige Rolle bei der Qualitätskontrolle der Proteinfaltung.
Glykosylierung ist die häufigste Proteinmodifikation (Modifikation, posttranslationale) und kann zur Bildung unterschiedlicher Molekülstrukturen und Funktionen führen. Glykosylierungsdefekte haben verschiedene Folgen:
  • Fehlfaltungen und Fehllokalisationen der Glykoproteine.
  • Änderung des Ladungszustandes (Entfernung der Sialinsäure), der Löslichkeit und der Stabilität.
  • Änderung der Zell-Zell-Adhäsion mittels der Lektine, besonders der Selektine auf den Endothelien.
  • „Carbohydrate-deficient glycoprotein syndrome“ (CDG). Über 40 kongenitale Glykosylierungsdefekte sind bisher bekannt, viele betreffen das Nervensystem (Ganglioside, Globoside), wie Krabbe-, Tay-Sachs-, Fabry- und Niemann-Pick-Krankheit.