Galektin - Galectin

Az emberi galektin-9 szerkezete N- acetil-laktozamin-dimerrel komplexben, egyértelműen bemutatva a két szénhidrát-kötő helyet

A galektinek a fehérjeosztályok, amelyek specifikusan kötődnek a β-galaktozid cukrokhoz , például az N- acetil-laktozaminhoz (Galβ1-3GlcNAc vagy Galβ1-4GlcNAc), amelyek N-hez vagy O-hez kötött glikozilezéssel kötődhetnek a fehérjékhez . S-típusú lektineknek is nevezik őket, mivel a stabilitás és a szénhidrát-kötés függ a diszulfidkötéstől . Körülbelül 15 galektint fedeztek fel emlősökben, amelyeket az LGALS gének kódoltak, és amelyeket egymás után soroztak meg. Csak a galektin-1, -2, -3, -4, -7, -7B, -8, -9, -9B, 9C, -10, -12, -13, -14 és -16 azonosították a emberek. A galektin-5 és -6 a rágcsálókban, míg a galektin-11 és -15 egyedülállóan megtalálható juhokban és kecskékben. A galektin család tagjait más emlősökben , madarakban , kétéltűekben , halakban , fonálférgekben , szivacsokban és néhány gombában is felfedezték . Ellentétben a legtöbb lektinek azok nem membránhoz kötött, de oldható fehérjék mind intra- és extracelluláris funkciókat. Eltérő, de átfedő eloszlásuk van, de elsősorban a citoszolban , a magban , az extracelluláris mátrixban vagy a keringésben találhatók. Noha sok galektint ki kell választani, a klasszikus szekrécióhoz nem szükséges tipikus szignálpeptid . Ennek a nem klasszikus szekréciós útnak a mechanizmusa és oka ismeretlen.

Szerkezet

A dimer, a tandem és a kiméra galektinek alapvető rajzfilmszerkezetei. A dimer galektinek ugyanazon alegység kettőjéből állnak, amelyek egymáshoz kapcsolódnak. A tandem galektineknek két külön CRD-je van összekötve egy linker peptid doménnel. A gerinces állatokban csak galektin-3-ból álló kiméragalektinek monomerként vagy többértékű formában létezhetnek. Itt pentamerként fejezik ki.

A galektin szerkezetének három különböző formája van: dimer, tandem vagy kiméra. A dimer galektinek, más néven prototipikus galektinek, homodimerek, amelyek két azonos galektin alegységből állnak, amelyek egymáshoz kapcsolódnak. Az ebbe a kategóriába tartozó galektinek a galektin-1, -2, -5, -7, -10, -11, -14 és -15. A tandem galektinek legalább két elkülönülő szénhidrát-felismerési domént (CRD) tartalmaznak egy polipeptiden belül, ezért önmagukban kétértékűnek tekinthetők. A CRD-k egy kis peptid doménhez kapcsolódnak. A tandem galektinek közé tartozik a galektin-4, -6, -8, -9 és -12. A végső galektin a galektin-3, amely az egyetlen galektin, amely a gerincesek kiméra kategóriájában található. A galektin-3 egy CRD-vel és egy hosszú, nem lektin doménnel rendelkezik. A galektin-3 monomer formában létezhet, vagy a nem lektin doménen keresztül több vegyértékű komplexekké asszociálhat egy pentamer formáig. Ez lehetővé teszi, hogy a galektin-3 hatékonyan áthidalódjon a különböző ligandumok között, és tapadó hálózatokat képezzen. A multimerek képződése koncentrációfüggő. Amikor a Galectin-3 alacsony koncentrációban van, monomer és valószínűleg gátolja a tapadást. Megkötődik az adhéziós fehérjékhez, például az integrinekhez, és blokkolja a további kötődést más sejtekhez vagy az extracelluláris mátrixhoz. Ha a galektin-3 koncentrációja magas, nagy komplexeket képez, amelyek a sejtek vagy sejtek és az extracelluláris mátrix közötti áthidalással segítik az adhéziót. Számos galektin izoformát találtak a különféle splicing variánsok miatt . Például a Galectin-8 hét különböző mRNS -sel rendelkezik, amelyek mind a tandem, mind a dimer formákat kódolják. Az expresszálódó galektin-8 típusa a szövetektől függ. A galektin-9 három különböző izoformával rendelkezik, amelyek a linker régió hosszában különböznek.

A galektin-szénhidrát-felismerési domén (CRD) körülbelül 135 aminosavat tartalmazó béta-lemezből épül fel . A két lap enyhén hajlított, 6 szál alkotja a konkáv oldalt, és 5 szál alkotja a domború oldalt. A konkáv oldal barázdát képez, amelyben a szénhidrát ligand meg tud kötődni, és amely elég hosszú ahhoz, hogy körülbelül egy lineáris tetrasacharidot tartson .

Ligandkötés

A galektinek lényegében a galaktózt és származékait tartalmazó glikánokhoz kötődnek . Fiziológiailag azonban valószínűleg jelentősen erős kötődéshez laktózra vagy N- acetil-laktozaminra van szükségük . Általában minél hosszabb a cukor, annál erősebbek a kölcsönhatások. Például a galektin-9 erősebb affinitással kötődik a polilaktozamin-láncokhoz, mint egy N- acetil-laktozamin-monomerhez. Ugyanis több Van der Waals- kölcsönhatás léphet fel a cukor és a kötő zseb között. A szénhidrát-kötés kalcium-független, ellentétben a C-típusú lektinekkel. A ligandumkötés erősségét számos tényező határozza meg: Mind a ligandum, mind a galektin multivalenciája, a szénhidrát hossza és a ligandum szénhidrátfelismerő doménként való megjelenési módja. A különböző galektineknek megkülönböztető kötődési specifitása van az oligoszacharidok megkötésére, attól függően, hogy mely szövetben expresszálódnak, és milyen funkcióval rendelkeznek. Mindazonáltal a galaktóz elengedhetetlen a megkötéshez. A galektinek N- acetil-laktozaminnal komplexben végzett kristályosítási kísérletei azt mutatják, hogy a galaktóz szén-4 és szén-6 hidroxilcsoportjának és az N- acetil-glükózamin (GlcNAc) szén-3 hidroxilcsoportjának és az aminosavak oldalláncainak hidrogénkötési kölcsönhatásai következnek be. a fehérjében. Nem kötődhetnek más cukrokhoz, például a mannózhoz, mert ez a cukor szterikus akadályok nélkül nem fog elférni a szénhidrátfelismerési tartományban . A kötő zseb jellegéből adódóan a galektinek megköthetik a terminális cukrokat vagy a belső cukrokat egy glikánban. Ez lehetővé teszi az áthidalást ugyanazon sejten lévő két ligandum vagy különböző sejteken lévő két ligandum között.

Funkció

A galektinek egy nagy család, viszonylag tág specifitással. Tehát sokféle funkcióval rendelkeznek, beleértve a sejt-sejt kölcsönhatások közvetítését, a sejt-mátrix adhéziót és a transzmembrán jelátvitelt . Kifejezésük és szekréciójuk jól szabályozott, ami arra utal, hogy a fejlődés során különböző időpontokban fejeződhetnek ki. Nincsenek súlyos hibák, ha az egyes galektin géneket törlik a kiütéses egér modellekből. Ennek oka, hogy az alapvető funkciók jelentős mértékben átfedik egymást. A galektinek funkcióinak listája kiterjedt, és nem valószínű, hogy mindet felfedezték. Az alábbiakban néhány fő funkciót ismertetünk.

Apoptózis

A galektinek abban különböznek egymástól, hogy szabályozhatják a sejthalált mind intracellulárisan, mind extracellulárisan. Az extracellulárisan összekapcsolják a sejtek külső glikánjait, és a membránon keresztül szignálokat közvetítenek, hogy közvetlenül sejtpusztulást okozzanak, vagy aktiválják az apoptózist kiváltó downstream jelátvitelt . Intracellulárisan közvetlenül szabályozhatják a sejtek sorsát szabályozó fehérjéket. Sok galektinnek szerepe van az apoptózisban:

• Az egyik alapvető módja galektinek apoptózist szabályozó az, hogy szabályozza a pozitív és negatív szelekció a T-sejtek a csecsemőmirigyben . Ez a folyamat megakadályozza az önreaktív és az önantigént felismerő T-sejtek keringését . A galektin-1-t és a galektin-9-et is a thymus epiteliális sejtjei választják ki, és közvetítik a T-sejt apoptózisát. A T-sejtek halála szintén szükséges az aktivált és fertőzött T-sejtek immunválasz után történő elpusztításához . Ezt a galektin-1 és a galektin-9 is közvetíti. A galektin-1 sok fehérjét megköt a T-sejt felszínén, de konkrétan a CD7 , CD43 és CD45 vesz részt az apoptózisban.
• A galektin-7 a p53 promoter alatt expresszálódik, és kulcsszerepe lehet a keratinociták apoptózisának szabályozásában DNS károsodás után, például az UV sugárzás okozta károsodás után .
• A galektin-12 expresszió az adipociták apoptózisát indukálja .
• Kimutatták, hogy a galektin-3 az egyetlen anti-apoptotikus aktivitású galektin, amelyet egereken végzett kiütéssel bizonyítottak az apoptózis fokozódásával. Intracellulárisan a galektin-3 asszociálódhat a Bcl-2 fehérjékkel, egy antiapoptotikus fehérjecsaláddal, és így fokozhatja a Bcl-2 kötődését a célsejthez. Másrészt a galektin-3 pro-apoptotikus is lehet, és közvetítheti a T-sejt és a neutrofil halált.

A T-sejt receptor aktivációjának elnyomása

A galektin-3 alapvető szerepet játszik a T-sejt receptor (TCR) aktivációjának negatív szabályozásában . A T-sejt-receptorok és más glikoproteinek térhálósítása galektin-3-mal a T-sejtek membránján megakadályozza a TCR-ek csoportosulását, és végül elnyomja az aktivációt. Ez megakadályozza az automatikus aktiválást. A hiányos N- acetil-glükózamin-transzferáz V-vel (GnTV) végzett transzgénikus egerekben végzett kísérletek fokozott érzékenységet mutatnak az autoimmun betegségekre . A GnTV az a polilaktozamin-láncok szintetizálásához szükséges enzim, amelyek a galektin-3 liganduma a T-sejt receptorokon. Ez a kiütés azt jelenti, hogy a galektin-3 nem akadályozhatja meg a TCR automatikus aktiválódását, ezért a T-sejtek túlérzékenyek. Az immunrendszeren belül is bebizonyosodott, hogy a galektinek kemoattraktánsként hatnak az immunsejtekre és aktiválják a gyulladásos citokinek szekrécióját .

Tapadás

A galektinek elősegíthetik és gátolhatják az integrin által közvetített tapadást. Az integrin által közvetített adhézió fokozása érdekében keresztezik a két sejt különböző glikánja közötti kapcsolatot. Ez közelebb hozza egymáshoz a sejteket, így bekövetkezik az integrinkötés. Az adhéziót is akadályozhatják, ha ugyanazon a sejten két glikánhoz kötődnek, ami blokkolja az integrin kötőhelyét. A galektin-8 specifikus az integrinhez kötött glikánokra, és közvetlen szerepe van a tapadásban, valamint az integrin-specifikus jelátviteli kaszkádok aktiválásában.

Nukleáris pre-mRNS splicing

Meglepő módon a galektin-1 és a galektin-3 összefüggést mutat a nukleáris ribonukleoprotein komplexekkel, beleértve a spliceosomát is . A vizsgálatok azt mutatták, hogy a galektin-1 és -3 szükséges kötési faktorokhoz szükséges , mivel a galektinek laktózzal végzett affinitáskromatográfiával történő eltávolítása a kötési aktivitás elvesztését eredményezte. Úgy tűnik, hogy a galektinek splicing képessége független cukorkötő specifitásuktól. A szénhidrát-felismerési doménre irányuló, helyhez kötött mutagenezis- vizsgálatok eltávolítják a glikánkötést, de nem akadályozzák a spliceoszómával való társulást.

Galektinek az ESCRT , mTOR , AMPK és autofágia szabályozásában

Kimutatták, hogy a citoplazmatikus galektin-8 és a galektin-9 kontrollálja az mTOR-t ( mTORC1 ) és a PRKAA-t (AMPK) a lizoszomális membrán károsodásának hatására. A lizoszómális perforációt és más endomembrán károsodást különféle szerek okozhatják, például egyes vegyszerek, amelyek ozmotikusan aktív termékeket, kristályos szilícium-dioxidot , esetleg amiloid aggregátumokat és citoplazmatikus szerves vagy szervetlen kristályokat eredményeznek, valamint intracelluláris mikrobiális kórokozók, például Mycobacterium tuberculosis ; ilyen sérülés modellezhető membrán-permeant dipeptid prekurzorokkal, amelyek lizoszómákban polimerizálódnak. Nyugalmi, homeosztatikus körülmények között a galectin-8 kölcsönhatásba lép az mTOR - szal , amely aktív állapotában a lizoszomális membránok citoszolos (citofaciális) oldalán található. Azonban a lizoszómát károsító körülmények között, amelyek exofacialis expozícióhoz vezetnek, azaz a lumenália orientált glikánok ( glikoproteinek és glikolipidek ), a galektin-8 felismeri a membrán károsodása miatt kitett citofaciális glikánokat és felszabadítja az mTOR-t . A galektin-8 ehelyett most a lizoszomális membránon elhelyezkedő mTOR-szabályozó komplexhez kötődik, beleértve az SLC38A9-et , a LAMTOR1 -et és az RRAGA / RRAGB-t (RagA / B). Ez a komplex elveszíti az mTOR iránti affinitását, ami az mTOR inaktiválódását és transzlokációját okozza a lizoszómából a citoszolba. A galektin-8-at , SLC38A9-et , LAMTOR1 -et és RRAGA / RRAGB- t tartalmazó károsodásra reagáló komplex GALTOR néven ismert. A galektin-3 és a galektin-8 kölcsönhatásba lépnek a TRIM16 autofágia-receptor-szabályozóval is, amely a károsodott lizoszómákon szereli össze az autofágia-iniciációs mechanizmust, míg a galektin-8 kölcsönhatásba lép a CALCOCO2 (NDP52) autofágia-receptorral is, amely felismeri a szalmonella- sérült vakuolt.

A galektinek funkcionális szerepe a membrán károsodásának sejtes válaszában egyre bővül, pl. A Galectin-3 toborozza az ESCRT - ket a károsodott lizoszómákba, hogy a lizoszómák helyreállíthatók legyenek. Ez akkor következik be, mielőtt az autofágia indukálódik az endoszómák és lizoszómák helyreállítására, nehogy az autofágia eltávolítsa őket .

Galektinek és betegségek

A galektinek bőségesek, széles körben eloszlanak a testben, és bizonyos funkciókkal rendelkeznek. Ezeknek köszönhető, hogy gyakran olyan betegségek széles körében vesznek részt, mint a rák , a HIV , az autoimmun betegség , a krónikus gyulladás , a graft vs host betegség (GVHD) és az allergiás reakciók . A legtöbbet vizsgált és legjellemzőbb mechanizmusok a rákra és a HIV-re vonatkoznak, amelyeket az alábbiakban ismertetünk.

Rák

A rák szempontjából a galektin a legjobban érthető a galektin-3. A bizonyítékok arra utalnak, hogy a galektin-3 jelentős szerepet játszik a tumorgenezissel összefüggő folyamatokban , beleértve a rosszindulatú formává történő átalakulást , az áttéteket és a tumorsejtek fokozott invazív tulajdonságait. Számos jelentős bizonyíték van arra, hogy a galektin-3 részt vesz a rákban, mivel kölcsönhatásba lép olyan onkogénekkel , mint például a Ras, és aktiválja a szaporodást elősegítő downstream jelátvitelt. Szabályozhatja a sejtciklus egyes fehérjéit is , például az E ciklint és a c-myc-et , amelyek további tumorigén tulajdonságokat kölcsönözhetnek neki. A galektin-3 koncentrációja megnövekszik bizonyos típusú rákos betegek körében, beleértve az emlőrákot is . Azt is azonosították, hogy az emlőrák sejtjeinek felületén található glikánokhoz kötődnek. Daganatos betegeknél, akiknek rákja áttétet adott, a galektin-3 még mindig magasabb, ami arra utal, hogy ennek a galektinnek döntő szerepe van az áttétekben. A galektin-3 szintén kötődik a MUC-1-hez , egy nagyon nagy transzmembrán mucinhoz , amely a rákos sejteken megváltoztatja az expressziót a hosszú, 2-es típusú O-glikozilezésről az rövidebb 1-es típusú O-típusú glikozilezésre. A 2. mag-glikánok galaktózban vagy sziálsavban végződnek, míg az 1. mag elágazó és nagy szénhidrát-meghosszabbításra képes. A MUC-1 magas szintje rossz prognózissal és az áttétek potenciáljának növekedésével jár. Ez a rákkal társított MUC-1 a galektin-3 természetes liganduma. Normál sejtekben a MUC-1 egyértelműen polarizálódik, és védő gátként működik a sejt körül, csökkentve a sejt-sejt kölcsönhatásokat. Az emlőrákos sejtekben azt feltételezik, hogy a galektin-3 nagy affinitással rendelkezik a rákkal társított MUC-1 iránt, depolarizációt okozva és megtörve a sejt védőpajzsát. Ez kicsi adhéziós molekulákat tesz ki a sejt felszínén, amelyek kölcsönhatásba lépnek az endothel sejtjeinek falán lévő adhéziós fehérjékkel , például az E-szelektinnel , elősegítve a véráramba történő intravasztációt. A kísérletek azt mutatják, hogy a MUC-1 túlzott expressziója önmagában nem elegendő a metasztatikus potenciál növeléséhez, és valójában gátolja a tumorsejtek bejutását a véráramba. A rák invazív és metasztatikus tulajdonságainak növelése érdekében a MUC-1 mellett felülszabályozott galektin-3 jelenlétére van szükség. Ezt alátámasztják más vizsgálatok is, amelyek azt mutatják, hogy a galektin-3 gátlása az emberi emlőrák sejtjeiben in vitro elveszíti malignitását . Ez támpontot adhat a rák terápiájának előállítására, mint például a galektin-3 inhibitorok.

A galektin-8, amely növeli az integrin által közvetített adhéziót, egyes rákos megbetegedések esetében kimutatták, hogy szabályozatlan. Ez előnyös a rák számára, mivel az extracelluláris mátrixszal való integrin kölcsönhatások megakadályozzák az áttétet. A tüdőrákos vizsgálatok azonban fokozott tapadást mutattak fokozott metasztatikus potenciállal rendelkező galektin-8-hoz, amelyet a megnövekedett felületi expresszió és az α3β1 integrin aktiválása közvetíthet.

Intracelluláris kórokozó invázió

Kimutatták, hogy a galektin-8 specifikus szerepet játszik az endoszomális integritás értékelésében. Miután a kórokozókat, például baktériumokat vagy vírusokat elnyelik a sejtek, általában megpróbálnak kilépni az endoszómából, hogy hozzáférjenek a citoszol tápanyagaihoz. A galektin-8 specifikusan kötődik az endoszómában található glikozilációhoz, és toborozza a CALCOCO2 adaptermolekulát, amely aktiválja az antibakteriális autofágiát. Kimutatták, hogy a galektin-3, a galektin 8 és a galektin-9 további szerepet játszik az autofágia során, mind az mTOR (galektin-8) és az AMPK (galektin-9) szabályozása révén, mind pedig tényezőként (galectin-3) a az ULK1 - Beclin 1 - ATG16L1 iniciátor komplex a TRIM16-on endomembrán károsodás során.

HIV

Kimutatták, hogy a galektin-1 fokozza a HIV-fertőzést galaktóz-kötő specifitása miatt. A HIV előnyösen megfertőzi a CD4 ⁺ T-sejteket és az immunrendszer más sejtjeit, immobilizálva az adaptív immunrendszert . A HIV olyan vírus, amely megfertõzi a CD4 ⁺ sejteket a vírus burok glikoprotein komplexének megkötésével , amely gp120 és gp41 . A gp120 glikoprotein kétféle N-glikánt, magas mannóztartalmú oligomereket és N- acetil-laktozamin-láncokat tartalmaz egy trimannóz magján. A magas mannóztartalmú oligomerek kórokozó-asszociált molekuláris mintázatúak (PAMP-k), és a dendritikus sejteken található C-típusú lektin DC-SIGN ismeri fel őket . Az N- acetil-laktozamin-láncok a galektin-1 ligandumai. A galektin-1 a csecsemőmirigyben expresszálódik. Különösen a Th1 sejtek választják ki bőségesen . Normális működésében a galektin-1 az auto-reaktivitás megakadályozása érdekében a T-sejtek CD4 - társreceptorán lévő glikánokhoz kötődik . HIV jelenlétében a galektin áthidalja a CD4 ko-receptor és a gp120 ligandumokat, megkönnyítve ezzel a T-sejt HIV-fertőzését. A galektin-1 nem elengedhetetlen a HIV-fertőzéshez, de segíti a gp120 és a CD4 közötti kötődési kinetika felgyorsításával. A galektin és a HIV közötti mechanizmus ismerete fontos terápiás lehetőségeket kínálhat. A galektin-1 inhibitor antiretrovirális gyógyszerekkel együtt alkalmazható a HIV fertőzőképességének csökkentése és a gyógyszer hatékonyságának növelése érdekében . A galektin-3 megköti a TRIM5a-t , a citoszolos restrikciós faktort a HIV ellen, amely a HIV kapszid bevonatolása alatt hat, bár ennek az asszociációnak a pontos szerepét még meg kell határozni. Számos galektin megköti más TRIM-eket, amelyek némelyike ​​hozzájárul az antivirális restrikcióhoz.

Chagas

A szívsejtek Trypanosoma cruzi fertőzése galektinnel csökkentve – 1.

Az emberi galektinek táblázata

Hivatkozások

Külső linkek

• Galectin: Definíció és történelem: Jun Hirabayashi
• David Kilpatrick Állati lektinek kézikönyve
• Galektin az Egyesült Államok Nemzeti Orvostudományi Könyvtárának Medical Subject Headings (MeSH)