翻訳後修飾（PTM）タンパク質研究用アレイ／ELISAキット製品（RayBiotech社）

グリコシル化は、共有結合によりタンパク質に糖鎖が付加される翻訳後修飾です。主に細胞の小胞体とゴルジ体で起こり、N-結合型グリコシル化とO-結合型グリコシル化の2タイプに分類されます。
糖鎖は17種類の単糖から構成されています。これらは多様な方法で結合し、ユニークな糖鎖構造をしています。そして酵素の活性部位、グリコシド結合（α-またはβ-）の配置、分岐構造が糖鎖の多様性を生み出しています。
グリコシル化は、細胞外マトリックスでの細胞接着、細胞内のタンパク質-リガンド相互作用など、さまざまな生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たしています。グリコシル化の異常は先天性疾患、免疫応答、がん、自己免疫疾患、慢性炎症性疾患など多くの疾患に関連しています。

ユビキチンは76アミノ酸からなり、真核細胞に高度に保存されたタンパク質です。リジン残基と共有結合する翻訳後修飾をユビキチン化と言い、ユビキチン活性化酵素（E1）、ユビキチン結合酵素（E2）、ユビキチンリガーゼ（E3）の3種類の酵素によって触媒されます。
ユビキチン化は、モノユビキチン化（単量体のユビキチン付加）またはポリユビキチン化（ユビキチン同士の結合）に大別され、モノユビキチン化はDNA修復、転写制御、細胞シグナル伝達、免疫反応に関与します。ポリユビキチン化された基質タンパク質は、26Sプロテアソームにより認識され分解されます。ユビキチン化の異常はアルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病などの神経変性疾患と関連しています。

アセチル化は主にヒストンのN末端で起きる翻訳後修飾です。アセチルトランスフェラーゼによってリジン残基にアセチル基が付加され、脱アセチル化酵素によって除去されます。
ヒストンは、クロマチン（DNAとタンパク質の複合体）を構成する主なタンパク質です。ヒストンのアセチル化は、クロマチン構造を弛緩させ、転写因子などのDNA結合が可能となり、遺伝子発現が亢進します。つまり、ヒストンのアセチル化は細胞周期の調節、DNA修復、分化、アポトーシスなど多様な細胞プロセスで重要な役割を担っている可能性があります。
また転写因子、シャペロン、酵素など多くの非ヒストンタンパク質もアセチル化され、活性、相互作用、安定性が制御されます。アセチル化の異常は、がん、神経変性疾患、代謝性疾患など、さまざまな疾患と関連しています。

パルミトイル化は可逆的な脂質修飾で、システイン残基に炭素数16のパルミチン酸が付加される翻訳後修飾です。
パルミトイルアシルトランスフェラーゼは、小胞体やゴルジ体の標的タンパク質へのパルミチン酸の転移を触媒します。この過程はS-パルミトイル化と呼ばれ、タンパク質の細胞内局在、安定性、機能の制御に関連しています。

スモイル化は、スモールユビキチン様修飾因子（Small Ubiquitin-like Modifier、SUMO）と呼ばれる小さなタンパク質が、リジン残基に共有結合する翻訳後修飾です。タンパク質の活性、安定性、細胞内局在、タンパク質間相互作用に影響を与え、転写調節、DNA修復、核内輸送、タンパク質分解などさまざまな細胞内プロセスにおいて重要な役割を担っています。スモイル化の異常はがん、神経変性疾患、ウイルス感染などさまざまな疾患と関連しています。

メチル化は、アルギニンやリジン残基にメチル基（-CH3）が付加される翻訳後修飾です。可逆性があり、メチルトランスフェラーゼにより触媒されメチル化し、脱メチル化酵素により脱メチル化されます。
メチル化は転写調節、クロマチンリモデリング、DNA修復、シグナル伝達など数多くの細胞内プロセスに影響を与えます。また分子スイッチの役割を果たし、タンパク質間相互作用を調節し、タンパク質の安定と機能性を制御します。

細胞代謝（呼吸、免疫反応、酸化還元シグナル伝達）や環境ストレス（紫外線、汚染物質、毒素）で産生される活性酸素種（Reactive Oxygen Species、ROS）と活性窒素種（Reactive Nitrogen Species、RNS）によっておこる酸化反応を酸化ストレスと言います。
ROSはスーパーオキシドアニオン（O₂^-）、過酸化水素（H₂O₂）、ヒドロキシラジカル（OH）があり、反応性が高く、不対電子を有する酸素原子で構成されています。酸化は特定の細胞プロセス（細胞代謝、免疫反応、酸化還元シグナル伝達）に必要ですが、過度な酸化ストレスは脂質、タンパク質、DNAなどの細胞成分に損傷を与え、神経変性疾患、心血管疾患、がんなどのリスク要因になると考えられています。

S-ニトロシル化は一酸化窒素（NO）がタンパク質のシステイン残基と反応し、S-ニトロソチオール（SNO）を形成する翻訳後修飾です。NOは反応性の高いフリーラジカルで、細胞プロセスや一酸化窒素合成酵素などによって産生されます。また、その代謝産物である硝酸塩と亜硝酸塩からも産生されます。NOは半減期が短く、細胞膜を容易に通過できるため生体分子と相互作用します。S-ニトロシル化は、タンパク質にNOを付加するニトロシラーゼやタンパク質からNOを除去するデニトロシラーゼを含む酵素によって制御されます。この2つの反応のバランスにより、タンパク質のS-ニトロシル化が制御され、細胞全体の恒常性と生理機能を保っています。