Glikoziláció - Glycosylation

A glikozilezés (lásd még a kémiai glikozilezést ) az a reakció, amelyben egy szénhidrát (vagy „ glikán ”), azaz egy glikozil -donor kapcsolódik egy másik molekula ( glikozil -akceptor ) hidroxilcsoportjához vagy más funkciós csoportjához, hogy glikokonjugátumot hozzon létre . A biológiában (de nem mindig a kémiában) a glikozilezés általában egy enzim által katalizált reakcióra utal, míg a glikáció (szintén „nem enzimatikus glikáció” és „nem enzimatikus glikoziláció”) nem enzimatikus reakcióra utalhat (bár a gyakorlatban) "glikáció" gyakran pontosabban Maillard-típusú reakciókra utal ). A glikozilezés a ko-transzlációs és poszt-transzlációs módosítás egyik formája . A glikánok számos szerkezeti és funkcionális szerepet töltenek be a membránban és a kiválasztott fehérjékben. A durva endoplazmatikus retikulumban szintetizált fehérjék többsége glikoziláción megy keresztül. A glikoziláció a citoplazmában és a magban is jelen van O -GlcNAc módosításként. Az aglikoziláció a glikoziláció megkerülésére kifejlesztett ellenanyagok jellemzője. A glikánok öt osztályát állítják elő:

Célja

A glikozilezés az a folyamat, amelynek során a szénhidrát van kovalensen kapcsolódik egy cél makromolekulához , jellemzően fehérjék és lipidek . Ez a módosítás különféle funkciókat lát el. Például néhány fehérje nem hajlik össze megfelelően, hacsak nem glikozilezett. Más esetekben a fehérjék nem stabilak, hacsak nem tartalmaznak bizonyos aszparaginmaradékok amid -nitrogénjéhez kapcsolt oligoszacharidokat . A glikozilezés hatása a glikoprotein hajtogatására és stabilitására kettős. Először is, a jól oldódó glikánok közvetlen fizikai -kémiai stabilizáló hatással bírhatnak. Másodszor, az N -kapcsolt glikánok kritikus minőség -ellenőrzési pontot közvetítenek az endoplazmatikus retikulum glikoprotein -hajtogatásában. A glikoziláció szintén szerepet játszik a sejtek közötti sejtadhézióban (az immunrendszer sejtjei által alkalmazott mechanizmus ) a cukrot megkötő fehérjék révén, amelyeket lektineknek neveznek , és amelyek felismerik a specifikus szénhidrátrészeket. A glikoziláció fontos paraméter számos glikoprotein-alapú gyógyszer, például monoklonális antitestek optimalizálásában . A glikoziláció az ABO vércsoportrendszerét is alátámasztja . A glikoziltranszferázok jelenléte vagy hiánya határozza meg, hogy mely vércsoport -antigének jelennek meg, és ezáltal milyen antitest -specifitások mutatkoznak. Ez az immunológiai szerep elősegítheti a glikán heterogenitásának diverzifikálódását, és akadályt képez a vírusok zoonózisos átvitele előtt. Ezenkívül a vírusok gyakran használják a glikozilezést, hogy megvédjék a mögöttes vírusfehérjét az immunfelismeréstől. Jelentős példa az emberi immunhiányos vírus borítékcsúcsának sűrű glikánpajzsa .

Összességében a glikozilezést meg kell érteni a valószínű evolúciós szelekciós nyomásokkal, amelyek ezt alakították. Az egyik modellben a diverzifikációt pusztán az endogén funkcionalitás (például a sejtkereskedelem ) eredményeként tekinthetjük. Valószínűbb azonban, hogy a diverzifikációt a kórokozó fertőzés mechanizmusának elkerülése (pl. Helicobacter -kötődés a terminális szacharidmaradékokhoz) okozza, és hogy a soksejtű szervezeten belüli sokféleséget ezután endogén módon használják ki.

A glikozilezés modulálhatja a fehérjék termodinamikai és kinetikai stabilitását is.

A glikoproteinek sokfélesége

A glikozilezés növeli a proteom sokszínűségét , mivel a glikozilezés szinte minden aspektusa módosítható, beleértve:

Mechanizmusok

A glikozilezésnek számos mechanizmusa van, bár a legtöbbnek számos közös vonása van:

Típusok

N -kapcsolt glikozilezés

Fő cikk: N-kapcsolt glikoziláció

Az N -kapcsolt glikoziláció a glikoziláció nagyon elterjedt formája, és fontos számos eukarióta glikoprotein hajtogatásához, valamint a sejt -sejt és sejt -extracelluláris mátrix kötődéshez. Az N -kapcsolt glikozilációs folyamat az eukariótákban az endoplazmatikus retikulum lumenjében és széles körben az archaeában fordul elő, de nagyon ritkán a baktériumokban . A fehérje hajtogatásában és a sejtkötésben betöltött funkciójukon kívül a fehérje N -kapcsolt glikánjai módosíthatják a fehérje működését, bizonyos esetekben be- és kikapcsolóként.

O -kapcsolt glikozilezés

Fő cikk: O-kapcsolt glikozilezés

Az O -kapcsolt glikoziláció a glikozilezés egyik formája, amely a Golgi -készülék eukariótáiban fordul elő , de az archaeában és a baktériumokban is előfordul .

Foszfoszerin glikozilezés

Xilóz- , fukóz- , mannóz- és GlcNAc -foszfoszerin -glikánokról számoltak be az irodalomban. Fukózt és GlcNAc -t csak a Dictyostelium discoideumban , a mannózt a Leishmania mexicana -ban és a xilózt találtak a Trypanosoma cruzi -ban . Mannózról számoltak be nemrégiben gerincesekben, egerekben, Mus musculus-ban , a sejtfelszíni lamininreceptor alfa-disztroglikán 4-en . Felmerült, hogy ez a ritka megállapítás összefüggésben lehet azzal a ténnyel, hogy az alfa -disztroglikán erősen konzerválódott az alsó gerincesektől az emlősökig.

C -mannoziláció

A mannózmolekula a szekvencia első triptofánjának C2 -hez kapcsolódik

A mannóz cukrot adunk az első triptofán maradékot a szekvencia W-X-X-W (W jelzi triptofán; X jelentése bármely aminosav). A CC kötés között van kialakítva az első szén-a alfa-mannóz és a második szénatom a triptofán. Azonban nem minden szekvencia, amely rendelkezik ezzel a mintával, mannoszilált. Megállapították, hogy valójában csak kétharmada van, és egyértelműen előnyben részesítik, hogy a második aminosav az egyik poláris (Ser, Ala , Gly és Thr), hogy a mannoziláció bekövetkezzen. A közelmúltban áttörés történt abban a technikában, amely megjósolja, hogy a szekvenciának lesz -e olyan mannozilációs helye, amely 93% -os pontosságot nyújt, szemben a 67% -os pontossággal, ha csak a WXXW motívumot vesszük figyelembe.

A trombospondinek az egyik leggyakrabban módosított fehérje. Van azonban egy másik fehérjecsoport is, amely C -mannozilációs, I. típusú citokin receptorokon megy keresztül . A C -mannozilezés szokatlan, mivel a cukor szénhez kapcsolódik, nem pedig reaktív atomhoz, például nitrogénhez vagy oxigénhez . 2011-ben meghatározták az ilyen típusú glikozilációt tartalmazó fehérje első kristályszerkezetét-a humán komplement 8. komponensét. Jelenleg megállapították, hogy a kiválasztott és transzmembrán humán fehérjék 18% -a megy keresztül a C-mannozilációs folyamaton. Számos tanulmány kimutatta, hogy ez a folyamat fontos szerepet játszik a szekrécióját Trombospondin 1-es típusú tartalmazó proteinek, amelyek visszatartják az endoplazmatikus retikulumban , ha azok nem esnek át a C-mannosylation Ez megmagyarázza, hogy miért olyan típusú citokin receptorok , eritropoietin-receptor maradt a endoplazmatikus reticulum, ha hiányoznak a C-mannozilációs helyek.

GPI horgonyok kialakulása (glikáció)

A glypiation egy speciális glikozilációs forma, amely GPI -horgony kialakulását jellemzi . Az ilyen típusú glikozilezés során a fehérje egy lipidhorgonyhoz kapcsolódik egy glikánláncon keresztül. (Lásd még a prenilációt .)

Kémiai glikozilezés

A glikozilezés a szintetikus szerves kémia eszközeivel is végrehajtható . A biokémiai folyamatokkal ellentétben a szintetikus glikokémia nagymértékben védőcsoportokra (pl. 4,6 -O -benzilidén) támaszkodik a kívánt regioszelektivitás elérése érdekében. A kémiai glikozilezés másik kihívása az a sztereoszelektivitás, hogy minden glikozidos kötésnek két sztereo kimenete van, α / β vagy cisz / transz . Általában az α- vagy cisz -glikozid nehezebb a szintézishez. Új módszereket fejlesztettek ki, amelyek az oldószer részvételén vagy a biciklusos szulfoniumionok királis-segédcsoportokként történő képződésén alapulnak.

Nem enzimatikus glikozilezés

A nem enzimatikus glikozilezést glikációnak vagy nem enzimatikus glikációnak is nevezik . Ez spontán reakció és a fehérjék egyfajta poszttranszlációs módosítása , ami azt jelenti, hogy megváltoztatja szerkezetüket és biológiai aktivitásukat. Ez a kovalens kötődés közötti carbonil csoport egy redukáló cukor (elsősorban glükóz és fruktóz), és az aminosav- oldallánc a fehérje. Ebben a folyamatban nincs szükség enzim beavatkozására. A vízcsatornák és a kiálló tubulusok közelében és közelében zajlik.

Eleinte a reakció ideiglenes molekulákat képez, amelyek később különböző reakciókon mennek keresztül ( Amadori-átrendeződések , Schiff- bázisreakciók , Maillard-reakciók , térhálósodások ...), és állandó maradékokat képeznek, amelyeket Advanced Glycation végtermékeknek (AGE-nek) neveznek .

Az AGE-k hosszú élettartamú extracelluláris fehérjékben halmozódnak fel, mint például a kollagén, amely a legtöbb glikált és szerkezetileg bőséges fehérje, különösen emberekben. Egyes tanulmányok azt is kimutatták, hogy a lizin spontán, nem enzimatikus glikozilációt válthat ki.

Az AGE -k szerepe

Az AGE sok dologért felelős. Ezek a molekulák fontos szerepet játszanak, különösen a táplálkozásban, felelősek bizonyos ételek barnás színéért, illatáért és ízéért. Bebizonyosodott, hogy a magas hőmérsékleten történő főzés különböző élelmiszertermékeket eredményez, amelyek magas AGE -szinttel rendelkeznek.

Ha az AGE szintje emelkedett a szervezetben, közvetlen hatással van számos betegség kialakulására. Közvetlen következményei vannak a 2 -es típusú diabetes mellitusban , amely számos szövődményhez vezethet, mint például: szürkehályog , veseelégtelenség , szívkárosodás ... És ha ezek alacsonyabb szinten vannak, csökken a bőr rugalmassága, ami fontos tünete a öregedés.

Emellett számos hormon előfutárai, és DNS -szinten szabályozzák és módosítják receptor mechanizmusaikat .

Deglükoziláció

Különböző enzimek vannak a glikánok eltávolítására a fehérjékből vagy a cukorlánc bizonyos részeinek eltávolítására .

A Notch jelzés szabályozása

A bemetszéses jelzés egy sejtjelző út, amelynek szerepe sok más mellett a sejtek differenciálódási folyamatának vezérlése az egyenértékű prekurzor sejtekben . Ez azt jelenti, hogy kulcsfontosságú az embrionális fejlődésben, olyan mértékben, hogy egereken tesztelték, hogy a Notch fehérjékben lévő glikánok eltávolítása embrionális halált vagy életfontosságú szervek, például a szív, fejlődési rendellenességeit eredményezheti .

Néhány speciális modulátor, amely ezt a folyamatot szabályozza , az endoplazmatikus retikulumban és a Golgi -készülékben található glikoziltranszferázok . A Notch fehérjék ezeken az organellákon mennek keresztül érési folyamatuk során, és különböző típusú glikozilációnak lehetnek kitéve: N-kapcsolt glikoziláció és O-kapcsolt glikoziláció (pontosabban: O-kapcsolt glükóz és O-kapcsolt fukóz).

Az összes Notch fehérjét O-fukóz módosítja, mert közös vonásuk van: az O-fukozilációs konszenzus szekvenciák . Az egyik modulátor, amely beavatkozik ebbe a folyamatba, a Fringe, egy glikozil-transzferáz, amely módosítja az O-fukózt, hogy aktiválja vagy deaktiválja a jelzés egyes részeit, pozitív vagy negatív szabályozóként.

Klinikai

Háromféle glikozilációs rendellenesség létezik, a glikozilezési folyamatban bekövetkező változások típusa szerint rendezve: veleszületett elváltozások, szerzett változások és nem enzimatikus szerzett változások.

  • Veleszületett elváltozások: Embereknél több mint 40 veleszületett glikozilációs rendellenességet (CGD) jelentettek. Ezeket négy csoportra lehet osztani: a fehérje N -glikoziláció zavarai, a fehérje O -glikoziláció zavarai, a lipid glikoziláció zavarai és más glikozilációs útvonalak zavarai és a többszörös glikozilációs útvonalak. Ezen betegségek bármelyikére nem ismert hatékony kezelés. Ezek 80% -a az idegrendszert érinti.
  • Szerzett változások: Ebben a második csoportban a fő rendellenességek a fertőző betegségek, az autoimmun betegségek vagy a rák . Ezekben az esetekben a glikoziláció megváltozása okozza bizonyos biológiai eseményeket. Például reumás ízületi gyulladásban (RA) a beteg teste antitesteket termel a galaktozil -transzferáz limfociták enzim ellen, amely gátolja az IgG glikozilációját. Ezért az N-glikoziláció változásai előidézik a betegségben szerepet játszó immunhiányt. Ebben a második csoportban a Notch fehérjék glikozilációját szabályozó enzimek mutációi által okozott rendellenességeket is találhatunk , például az Alagille -szindrómát .
  • Nem enzimatikus szerzett elváltozások: Nem enzimatikus rendellenességek is előfordulnak, de azok az enzimek hiányának köszönhetők, amelyek oligoszacharidokat kötnek a fehérjéhez. Ebben a csoportban kiemelkedő betegségek az Alzheimer -kór és a cukorbetegség .

Mindezeket a betegségeket nehéz diagnosztizálni, mert nem csak egy szervre hatnak, hanem sokukra és különböző módon. Következésképpen őket is nehéz kezelni. A következő generációs szekvenálás során elért számos előrelépésnek köszönhetően azonban a tudósok jobban megérthetik ezeket a rendellenességeket, és új CDG-ket fedeztek fel.

Hatások a terápiás hatékonyságra

Beszámoltak arról, hogy az emlősök glikozilezése javíthatja a bioterápiás gyógyszerek terápiás hatékonyságát . Például a rekombináns humán interferon gamma terápiás hatékonysága, HEK 293 platformban kifejezve , javult a gyógyszer-rezisztens petefészekrák sejtvonalakkal szemben .

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek