タンパク質の糖鎖欠損が疾患につながる仕組みを解明―未診断疾患の遺伝子バリアントから病気の原因を探る―

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2026-10-16 東北医科薬科大学

東北医科薬科大学などの研究チームは、タンパク質に付加される糖鎖が失われることで、酵素の機能が損なわれ、疾患につながる仕組みを明らかにした。研究チームは、国立成育医療研究センターに蓄積された600万件を超える未診断疾患のゲノムバリアント情報を解析し、糖鎖付加に影響する変異を探索した。その中から、リン酸を除去する酵素ACP3に着目し、T335M変異によって333番目のアスパラギンへのN型糖鎖付加が失われることを確認した。この糖鎖が欠損すると、ACP3は細胞内の小胞体に蓄積・凝集し、タンパク質の立体構造の安定性や細胞外への分泌が損なわれ、酵素活性も失われることが示された。さらに、分子動力学シミュレーションにより、この糖鎖が周辺アミノ酸と水素結合ネットワークを形成し、タンパク質構造を安定化する仕組みが示唆された。患者の遺伝子変異と分子機能の異常を結び付けた本成果は、未診断疾患の原因解明や遺伝子バリアントの病原性評価に役立つと期待される。

タンパク質の糖鎖欠損が疾患につながる仕組みを解明―未診断疾患の遺伝子バリアントから病気の原因を探る―
図 ACP3のT335Mバリアントが神経発達の障害につながる仕組み(推定)

<関連情報>

ACP3の高マンノース型N-結合型糖鎖の喪失は、適切な立体構造形成を阻害し、疾患につながる機能障害を引き起こす Loss of the Asn333 high-mannose N-glycan impairs ACP3 folding and drives disease-associated dysfunction

Noriyoshi Manabe ∙ Kazuyoshi Itoh ∙ Shiho Ohno ∙ … ∙ Tadashi Kaname ∙ Shoko Nishihara ∙ Yoshiki Yamaguchi
iScience  Published:October 7, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.117746

Highlights

  • Site-specific glycoproteomics identifies Asn333 as a high-mannose N-glycosylation site
  • The Asn333 N-glycan is required for efficient ER exit and secretion of ACP3
  • Molecular dynamics simulations reveal structural stabilization by the Asn333 N-glycan
  • Disease-associated T335M abolishes Asn333 glycosylation and impairs ACP3 folding

Summary

Missense mutations disrupting N-glycosylation motifs can perturb protein folding and trafficking, yet the site-specific contributions of individual N-glycans to proteostasis remain poorly defined. Here, we delineated the functional hierarchy of three N-glycosylation sites in human prostatic acid phosphatase (ACP3). Glycoproteomic analysis showed that Asn94 and Asn220 carry predominantly complex-type N-glycans, whereas Asn333 is enriched in high-mannose structures. Glycan-deficient N94Q and N220Q variants were efficiently secreted and retained phosphatase activity, whereas N333Q and T335M accumulated intracellularly, formed endoplasmic reticulum aggregates, and lacked enzymatic activity. Molecular dynamics simulations revealed that the Asn333 high-mannose glycan forms persistent hydrogen-bond networks with surrounding residues and exhibits markedly reduced conformational flexibility, supporting a non-redundant structural role. Individuals harboring a heterozygous p.T335M variant presented severe neurodevelopmental abnormalities, linking Asn333 glycan loss to proteostasis failure in vivo. These findings establish a site-specific glycan-protein stabilizing mechanism with broad implications in glycoprotein folding and human disease.

生物化学工学
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