ケラタン硫酸

ケラタン硫酸（Keratan sulfate, KS）は、生体内に存在する硫酸基を含むグリコサミノグリカンの一種です。グリコサミノグリカンは、結合組織などを構成する多糖類であり、多くの種類が知られていますが、ケラタン硫酸はその中でも特異な構造を持っています。この分子は、別名ケラト硫酸（Keratosulfate）とも称され、主に動物の体、特に角膜、軟骨、骨といった、力学的強度や弾力性が求められる組織に豊富に存在します。

ケラタン硫酸の発見は比較的遅く、その存在が科学的に確認されたのは1953年のことでした。カール・メイヤーを中心とする研究チームが、牛の角膜からこの物質を単離することに成功し、当初は「ケラト硫酸」という名称で報告しました。その後、その構造や生化学的な性質が詳しく研究され、現在のケラタン硫酸という名称が定着しました。

ケラタン硫酸の基本的な化学構造は、特定の二糖単位の繰り返しによって形成されています。この繰り返し単位は、D-ガラクトース（Gal）とN-アセチルグルコサミン（GlcNAc）がβ1-3およびβ1-4のグリコシド結合で交互に連なった、(-3Galβ1-4GlcNAcβ1-)という構造を持っています。多くのグリコサミノグリカンが分子骨格にウロン酸（例えばグルクロン酸やイズロン酸）を含むのに対し、ケラタン硫酸はウロン酸を含まず、代わりに中性の糖であるD-ガラクトースが必須の構成要素となっている点が、他のグリコサミノグリカンとの決定的な違いです。また、ケラタン硫酸の大きな特徴はその名の通り、硫酸基の付加です。硫酸基は、この繰り返し単位を構成するガラクトースやN-アセチルグルコサミンの、特に6位の炭素原子に結合しています。硫酸基の付加位置やその密度は、ケラタン硫酸の種類や存在する組織によって変動します。

ケラタン硫酸は、タンパク質への結合様式の違いに基づき、主に二つの主要なタイプに分類されています。一つはKS-Iと呼ばれるタイプで、主に角膜組織に見られます。もう一つはKS-IIと呼ばれ、軟骨や脊椎の髄核といった組織に多く存在します。これらのタイプは、タンパク質への結合様式が異なります。KS-IはN-グリコシド結合を介してタンパク質の特定のアスパラギン残基などに結合する一方、KS-IIはO-グリコシド結合を介してセリンやスレオニン残基などに結合します。

KS-IとKS-IIは、結合様式だけでなく、構造や分布においても違いが見られます。例えば、硫酸基の含有量に差があります。一般的に、軟骨や髄核に存在するKS-IIは、角膜のKS-Iに比べて硫酸基の付加が多く、より高い電荷密度を持つ傾向があります。さらに、KS-IIにはN-アセチルガラクトサミン（GalNAc）が含まれることがあるのに対し、KS-Iには通常含まれません。これらの構造的な多様性は、それぞれのタイプが存在する組織特異的な機能や役割を反映していると考えられています。ケラタン硫酸は単独で存在するのではなく、多くの場合、アグリカンなどの巨大なプロテオグリカン分子のグリコサミノグリカン鎖の一つとして存在し、組織の構造維持や水分保持、あるいは分子のシグナル伝達などに関与していると考えられています。

関連する分子としては、ケラタン硫酸の構成成分であるN-アセチルグルコサミンやD-ガラクトースがあります。また、特定の生物、例えばサメなどが持つ特殊な感覚器官であるロレンチーニ器官にもケラタン硫酸の存在が報告されており、様々な生物におけるその機能的な役割について研究が進められています。

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