강글리오사이드

강글리오사이드(영어: ganglioside)는 당 사슬에 하나 이상의 시알산(예: N-아세틸뉴라민산, NANA)이 결합된 당스핑고지질(세라마이드와 올리고당류)로 구성된 분자이다. 탄수화물인 시알산의 아세틸화된 유도체인 N-아세틸뉴라민산(NeuNAc)은 pH 7에서 강글리오사이드의 머리 부분을 음이온성으로 만들며, 이는 글로보사이드와 구별되는 점이다.

강글리오사이드의 일종인 GM1의 구조

강글리오사이드라는 이름은 1942년에 독일의 과학자 에른스트 클렌크가 뇌의 신경절 세포에서 새롭게 분리한 지질에 처음으로 적용했다.^[1] 60가지 이상의 강글리오사이드가 알려져 있는데, 이들은 주로 N-아세틸뉴라민산 잔기의 위치와 수에 따라 서로 다르다. 이는 세포 신호전달을 조절하는 세포막의 구성 요소이며, 지질 뗏목에 농축되는 것으로 보인다.^[2][3]

최근에 강글리오사이드가 면역학에서 매우 중요한 분자로 밝혀졌다. 천연 및 반합성 강글리오사이드는 신경퇴행성 질환에 대한 가능한 치료제로 간주된다.^[4]

위치

강글리오사이드는 세포 표면에 존재하고 농축되어 있으며, 세라마이드 부분의 두 탄수화물 사슬은 세포막에 묻혀있고 올리고당은 세포 밖 표면에 위치해 있어 세포 밖 분자나 이웃 세포의 표면이 인식할 수 있는 지점을 제공한다. 강글리오사이드는 주로 신경계에서 발견되며, 전체 지질의 6%를 차지한다.^[5]

기능

강글리오사이드의 올리고당 부분은 세포막의 표면을 훨씬 넘어 확장되어 세포 인식과 세포 간 통신에서 특정 결정인자로 작용할 수 있는 독특한 표면 마커 역할을 한다. 이러한 탄수화물 머리 부분은 또한 특정 뇌하수체 당단백질 호르몬과 콜레라 독소와 같은 특정 세균 단백질 독소에 대한 특이적인 수용체로 역할을 한다.

강글리오사이드의 특정 결정인자로서의 기능은 조직의 생장과 분화, 발암에 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다. 종양의 형성이 새로운 강글리오사이드의 합성을 유도할 수 있고, 특정 강글리오사이드의 매우 낮은 농도가 배양된 신경 종양 세포의 분화를 유도할 수 있다는 사실이 밝혀졌다.^[6]

일반적인 강글리오사이드

GM1, GM2, GM3의 구조

• 1개의 N-아세틸뉴라민산(NANA)을 갖는 경우 ("M")
  • GM1
  • GM2
  • GM3
• 2개의 N-아세틸뉴라민산(NANA)을 갖는 경우 ("D")
  • GD1a
  • GD1b
  • GD2
  • GD3
• 3개의 N-아세틸뉴라민산(NANA)을 갖는 경우 ("T")
  • GT1b
  • GT3
• 4개의 N-아세틸뉴라민산(NANA)을 갖는 경우 ("Q")
  • GQ1

일반적인 강글리오사이드의 구조

GM2-1 = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-?)bDGalNAc(1-?)bDGalNAc(1-?)bDGlcp(1-1)Cer
GM3 = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GM2,GM2a(?) = N-아세틸-D-갈락토스-베타-1,4-[N-아세틸뉴라미니데이트-알파-2,3-]-갈락토스-베타-1,4-글루코스-알파-세라마이드
GM2b(?) = aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GM1,GM1a = bDGalp(1-3)bDGalNAc[aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
asialo-GM1,GA1 = bDGalp(1-3)bDGalpNAc(1-4)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
asialo-GM2,GA2 = bDGalpNAc(1-4)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GM1b = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GD3 = aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GD2 = bDGalpNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GD1a = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GD1alpha = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-6)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GD1b = bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GT1a = aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GT1,GT1b = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
OAc-GT1b = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)aXNeu5Ac9Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GT1c = bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GT3 = aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)bDGal(1-4)bDGlc(1-1)Cer
GQ1b = aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GGal = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-1)Cer^{[출처 필요]}

여기서

• aNeu5Ac = N-아세틸-알파-뉴라민산
• aNeu5Ac9Ac = N-아세틸-9-O-아세틸뉴라민산
• bDGalp = 베타-D-갈락토피라노스
• bDGalpNAc = N-아세틸-베타-D-갈락토피라노스
• bDGlcp = 베타-D-글루코피라노스
• Cer = 세라마이드 (일반적인 N-아실화된 스핑고이드)

병리학

강글리오사이드는 세포 내에서 지속적으로 합성되고 분해된다. 강글리오사이드는 올리고당 부분의 당 단위가 순차적으로 제거되어 세라마이드로 분해되는데, 이 과정은 일련의 매우 특이적인 리소좀 효소에 의해 촉매된다. 이러한 효소를 암호화하는 유전자의 돌연변이는 리소좀에 부분적으로 분해된 강글리오사이드가 축적되는 결과를 초래하는데, 이로 인해 강글리오사이드증이라는 질병이 발생한다. 예를 들어, 치명적인 테이-삭스병은 기능적인 헥소사미니데이스 A가 생성되지 않아 GM2가 리소좀에 축적되는 유전적 결함으로 인해 발생한다. 결국 신경계의 신경절 세포가 엄청나게 부어올라 뉴런의 정상적인 기능이 방해를 받게 된다.^[5]

강글리오사이드증을 포함한 스핑고지질증의 원인을 보여주는 도표

강글리오사이드는 또한 다음과 같은 여러 질병과 관련이 있다.

• 인플루엔자는 인플루엔자 바이러스의 헤마글루티닌이 특정 강글리오사이드를 이용하여 침입해 이를 발현하는 세포를 감염시키는 질병이다.
• 길랑-바레 증후군은 항강글리오사이드 항체의 생성과 관련이 있는 것으로 알려져 있다.^[7]
• 콜레라
• 파상풍
• 보툴리눔 중독
• 나병^[8]
• 비만의 경우, 간뇌의 시상하부의 기저 뉴런에서 부적절한 강글리오사이드 발현으로 인해 신경성 렙틴^[9]과 인슐린 신호전달이 조절되지 않는다.^[10]