O-vezana glikozilacija
O-vezana glikozilacija je vezanje molekula šećera za kisikov atom aminoliselinskog ostataka serina (Ser) ili treonina (Thr) za proteinski ostatak. O-glikozilacija je posttranslacijska modifikacija koja se javlja nakon što je protein sintetiziran. Kod eukariota, javlja se u endoplazmatskom retikulumu, Golgijevom aparatu i povremeno u citoplazmi, a u prokariota u citoplazmi.[1] Serinu ili treoninu može se dodati nekoliko različitih šećera, a oni na različite načine utiču na protein, mijenjajući njegovu stabilnost i regulirajući mu aktivnost. O-glikani su šećeri koji se dodaju serinu ili treoninu, a imaju brojne funkcije u cijelom tijelu, uključujući promet ćelija u imunskom sistemu, omogućavajući prepoznavanje stranog materijala, kontrolu ćelijskog metabolizma i obezbjeđivanje fleksibilnosti hrskavica i tetiva.[2] Zbog mnogih funkcija koje ima, promjene u O-glikozilaciji su važne za mnoge bolesti uključujući kancer, dijabetes i Alzheimerovu. O-glikozilacija javlja se u svim domenama života, uključujući eukariote, archaea i brojne patogene bakterije, uključujući Burkholderia cenocepacia,[3] Neisseria gonorrhoeae[4] i Acinetobacter baumannii.[5]
Uobičajeni tipovi O-glikozilacije
urediO–N-acetilgalaktozamin (O–GalNAc)
uredi
Dodavanje N-acetilgalaktozamina (GalNAc) na serin ili treonin događa se u Golgijevom aparatu, nakon što je protein savijen.[1][6] Proces izvode enzimi poznati kao GalNAc transferaze (GALNT), kojih postoji 20 različitih tipova.[6] Početna O-GalNAc struktura može se modificirati dodavanjem drugih šećera, ili drugih spojeva, kao što su metilne i acetilne grupe.[1] Ove modifikacije proizvode osam do sada poznatih jezgarnih struktura.[2] Različite ćelije imaju različite enzime koji mogu vezati dodatne šećere, poznate kao glikoziltransferaze, pa se strukture mijenjaju od ćelije do ćelije.[6] Uobičajeni dodani šećeri uključuju galaktozu, N-acetilglukozamin, fukozu i sijalinsku kiselinu. Ovi šećeri se također mogu modificirati dodatkom sulfata ili acetilnih grupa.
Biosinteza
urediGalNAc se dodaje na ostatak serina ili treonina iz prekursorskih molekula, aktivnošću enzima GalNAc transferaze.[1] Ovaj prekursor je neophodan da bi se šećer mogao transportovati do mjesta gdje će biti dodan proteinu. Specifični ostatak na koji će se GalNAc vezati nije definiran, jer postoje brojni enzimi koji ga mogu dodati i svaki će favorizirati različite ostatke.[7] Međutim, često postoje ostaci prolina (Pro) u blizini treonina ili serina.[6]
Kada se ovaj početni šećer doda, druge glikoziltransferaze mogu katalizirati vezanje dodatnih šećera. Dvije od najčešće formiranih struktura su jezgro 1 i jezgro 2. Jezgro 1 formira se dodavanjem šećera galaktoze na početni GalNAcJ, a jezgro 2 od strukture jezgra 1 sa dodatnim N-acetilglukozaminskim (GlcNAc) šećerom.[6] Poli-N-acetilaktozaminska struktura može se formirati naizmjeničnim dodavanje šećera GlcNAc i galaktoze na GalNAc šećer.[6]
Terminalni šećeri na O-glikanima su važni u prepoznavanju putem lektina i imju ključnu ulogu u imunskom sistemu. Dodatak šećera fukoze fukoziltransferazama formira epitope Lewis antigena i skelu za determinante krvnih grupa. Dodavanjem samo fukoze stvara se H-antigen, prisutan kod osoba s krvnom grupom O. Dodavanjem galaktoze u ovu strukturu stvara se B-antigen krvne grupe B. Alternativno, dodavanjem GalNAc šećera stvorit će se A-antigen za krvnu grupu A.
Funkcije
urediO-GalNAc šećeri važni su u raznim procesima, uključujući cirkulaciju leukocita tokom imunoskog odgovora, oplodnje i zaštitu od invazije mikroba.[1][2]
Šećeri O-GalNAc su uobičajeni membranski glikoproteini, gdje pomažu u povećanju krutosti regije blizu membrane tako da se protein proteže dalje od površine.[6] Naprimjer, lipoproteinski receptor niske gustoće (LDL) projicira se sa ćelijske površine pomoću područja rigidiziranog O-glikanima.[2]
Da bi leukociti imunskog sistema prešli u inficirane ćelije, moraju da stupe u interakciju sa tim ćelijama preko receptora. Leukociti eksprimiraju ligande na svojoj površini, kako bi omogućili ovu interakciju.[1] P-selektin, glikoproteinski ligand-1 (PSGL-1) je takav ligand i sadrži mnogo O-glikana koji su neophodni za njegovu funkciju. O-glikani u blizini membrane održavaju izduženu strukturu i terminalni sLex epitop je neophodan za interakciju s receptorom.[8]
Mucini su grupa jako O-glikoziliranih proteina koji oblažu gastrointestinalne i respiratorne puteve, kako bi zaštitili ove regije od infekcije.[6] Mucini su negativno nabijeni, što im omogućava interakciju sa vodom i spredčavajući da ispari. Ovo je važno u njihovoj zaštitnoj funkciji jer podmazuju trakt, tako da se bakterije ne mogu vezati i zaraziti tijelo. Promjene u mucinima su važne kod brojnih bolesti, uključujući kancer i upalnu bolest crijeva. Odsustvo O-glikana na proteinima mucina dramatično mijenja njihov 3D oblik i često sprječava ispravnu funkciju.[1][9]
Proteoglikani
uredi
Proteoglikani sastoje se od proteina s jednim ili više bočnih lanaca šećera, poznatih kao glikozaminoglikani (GAG), vezani za kisik ostataka serina i treonina.[10] GAG se sastoje od dugih lanaca šećernih jedinica koje se ponavljaju. Proteoglikani se obično nalaze na površini ćelije iu vanćelijskom matriksu (ECM), a važni su za snagu i fleksibilnost hrskavice i tetiva. Nedostatak proteoglikana povezan je sa srčanom i respiratornom insuficijencijom, defektima u razvoju skeleta i povećanim metastazama tumora.[10]
Postoje različiti tipovi proteoglikana, ovisno o šećeru koji je vezan za atom kisika ostatka u proteinu. Naprimjer, GAG heparan-sulfat je vezan za proteinski serinski ostatak putem ksiloznih šećera.[7] Struktura je proširena s nekoliko N-acetilaktouamina ponavljajuće jedinice šećera dodane na ksilozu. Ovaj proces je neobičan i zahtijeva specifične ksiloziltransferaze.[6] Keratan-sulfat se vezuje za ostatke serina ili treonina preko GalNAc-a, i proširuje se sa dva šećera galaktoze, nakon čega slijede ponavljajuće jedinice glukuronske kiseline (GlcA) i GlcNAc. Keratan-sulfat tipa II je posebno čest u hrskavici.[10]
Lipidi
uredi
Šećeri galaktoze ili glukoze mogu biti vezani za hidroksilnu grupu keramid lipida u drugom obliku O-glikozilacije, jer se to ne dešava na proteinima.[6] Ovo formira glikosfingolipide, koji su važni za lokalizaciju receptora u membranama.[8] Nepravilna razgradnja ovih lipida dovodi do grupe bolesti poznatih kao sfingolipidoze, koje se često karakteriziraju neurodegeneracijom i smetnjama u razvoju.
Budući da se i galaktoza i šećer glukoze mogu dodati u lipid ceramide, postoje dvije grupe glikosfingolipida. Galaktosfingolipidi su općenito vrlo jednostavne strukture i jezgro galaktoze obično nije modificirano. Glukosfingolipidi se, međutim, često modificiraju i mogu postati mnogo složeniji.
Biosinteza galakto- i glukosfingolipida odvija se različito.[6] Glukoza se dodaje na ceramid iz njegovog prekursora u endoplazmatskom retikulumu, prije nego što dođe do daljnjih modifikacija u Golgijevom aparatu.[8] Galaktoza se, s druge strane, dodaje ceramidu već u Golgijevom aparatu, gdje se formirani galaktosfingolipid često sulfatira dodavanjem sulfatnih grupa.
Glikogenin
urediJedan od prvih i jedinih primjera O-glikozilacije na tirozinu, umjesto na ostacima serina ili treonina, jeste dodavanje glukoze u ostatak tirozina u glikogeninu. Glikogenin je glikoziltransferaza koja pokreće konverziju glukoze u glikogen, prisutan u ćelijama mišića i jetre.[11]
Klinički značaj
urediSvi oblici O-glikozilacije su prisutni u cijelom tijelu i imaju važnu ulogu u mnogim ćelijskim funkcijama.
Lewisovi epitopi su važni u određivanju krvne grupe i omogućavaju stvaranje imunskog odgovora ako se otkriju strane supstance. Njihovo razumijevanje je važno u transplantaciji organa.[1]
Zglobne regije imunoglobulina sadrže visoko O-glikozilirane regije između pojedinačnih domena kako bi se održala njihova struktura, omogućila interakcija sa stranim antigenima i zaštitila regija od proteolitakog cijepanja.[1][8]
Alzheimerova bolest može biti pogođena O-glikozilacijom. Tau, protein koji se akumulira da izazove neurodegeneraciju kod ove bolesti, sadrži O-GlcNAc modifikacije koje mogu biti uključene u njeno napredovanje.[1]
Promjene u O-glikozilaciji su izuzetno česte kod kancera. O-glikanske strukture, a posebno terminalni Lewis epitopi, važni su u omogućavanju tumorskih ćelija da napadnu nova tkiva tokom metastaza.[6] Razumijevanje ovih promjena u O-glikozilaciji ćelija raka može dovesti do novih dijagnostičkih metoda, pristupa i terapijskih mogućnosti.[1]
Također pogledajte
urediReference
uredi- ^ a b c d e f g h i j k Van den Steen P, Rudd PM, Dwek RA, Opdenakker G (1998). "Concepts and principles of O-linked glycosylation". Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 33 (3): 151–208. doi:10.1080/10409239891204198. PMID 9673446.
- ^ a b c d Hounsell EF, Davies MJ, Renouf DV (februar 1996). "O-linked protein glycosylation structure and function". Glycoconjugate Journal. 13 (1): 19–26. doi:10.1007/bf01049675. PMID 8785483. S2CID 31369853.
- ^ Lithgow KV, Scott NE, Iwashkiw JA, Thomson EL, Foster LJ, Feldman MF, Dennis JJ (april 2014). "A general protein O-glycosylation system within the Burkholderia cepacia complex is involved in motility and virulence". Molecular Microbiology. 92 (1): 116–37. doi:10.1111/mmi.12540. PMID 24673753. S2CID 25666819.
- ^ Vik A, Aas FE, Anonsen JH, Bilsborough S, Schneider A, Egge-Jacobsen W, Koomey M (mart 2009). "Broad spectrum O-linked protein glycosylation in the human pathogen Neisseria gonorrhoeae". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (11): 4447–52. Bibcode:2009PNAS..106.4447V. doi:10.1073/pnas.0809504106. PMC 2648892. PMID 19251655.
- ^ Iwashkiw JA, Seper A, Weber BS, Scott NE, Vinogradov E, Stratilo C, et al. (2012). "Identification of a general O-linked protein glycosylation system in Acinetobacter baumannii and its role in virulence and biofilm formation". PLOS Pathogens. 8 (6): e1002758. doi:10.1371/journal.ppat.1002758. PMC 3369928. PMID 22685409.
- ^ a b c d e f g h i j k l Varki A (2015). Essentials of glycobiology (3rd izd.). Cold Spring Harbor, New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 9781621821328.
- ^ a b Spiro RG (april 2002). "Protein glycosylation: nature, distribution, enzymatic formation, and disease implications of glycopeptide bonds". Glycobiology. 12 (4): 43R–56R. doi:10.1093/glycob/12.4.43R. PMID 12042244.
- ^ a b c d E Taylor M, Drickamer K (2011). Introduction to Glycobiology (3rd izd.). New York: Oxford University Press Inc. ISBN 978-0-19-956911-3.
- ^ Varki A (1999). Essentials of Glycobiology. Cold Spring Harbor, New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press.
- ^ a b c Pomin VH, Mulloy B (februar 2018). "Glycosaminoglycans and Proteoglycans". Pharmaceuticals. 11 (1): 17. doi:10.3390/ph11010027. PMC 5874723. PMID 29495527.
- ^ Litwack G (2017). Human Biochemistry. Academic Press. str. 161–181. ISBN 978-0-12-383864-3.
Vanjski linkovi
uredi- GlycoEP: In silico Platform for Prediction of N-, O- and C-Glycosites in Eukaryotic Protein Sequences