Glykosaminoglykany se značně liší molekulovou hmotností, stavbou disacharidů a sulfatací. Je to proto, že syntéza GAG není řízena šablonou jako u proteinů nebo nukleových kyselin, ale je neustále měněna zpracovatelskými enzymy.
GAG se dělí do čtyř skupin podle struktury jádra disacharidů. Heparin/heparan sulfát (HSGAG) a chondroitin sulfát/dermatan sulfát (CSGAG) jsou syntetizovány v Golgiho aparátu, kde jsou proteinová jádra vytvořená v drsném endoplazmatickém retikulu posttranslačně modifikována O-vázanými glykosylacemi glykosyltransferázami za vzniku proteoglykanů. Keratan sulfát může modifikovat jádra proteinů prostřednictvím N-vázané glykosylace nebo O-vázané glykosylace proteoglykanu. Čtvrtá třída GAG, kyselina hyaluronová, je syntetizována integrálními membránovými syntázami, které okamžitě vylučují dynamicky prodloužený disacharidový řetězec.
HSGAG a CSGAGEdit
HSGAG a CSGAG modifikované proteoglykany nejprve začínají konsenzuálním motivem Ser-Gly/Ala-X-Gly v jádrovém proteinu. Konstrukce tetrasacharidového linkeru, který se skládá z -GlcAβ1-3Galβ1-3Galβ1-4Xylβ1-O-(Ser)-, kde xylosyltransferasa, β4-galaktosyltransferasa (GalTI),β3-galaktosyltransferasa (GalT-II) a β3-GlcA transferasa (GlcAT-I) přenášejí čtyři monosacharidy, zahajuje syntézu GAG modifikovaného proteinu. První modifikace tetrasacharidového linkeru určuje, zda budou přidány HSGAG nebo CSGAG. Přidání GlcNAc podporuje přidání HSGAG, zatímco přidání GalNAc do tetrasacharidového linkeru podporuje vznik CSGAG. GlcNAcT-I přenáší GlcNAc do tetrasacharidového linkeru, čímž se liší od glykosyltransferázy GlcNAcT-II, enzymu, který se využívá k tvorbě HSGAG. Bylo prokázáno, že EXTL2 a EXTL3, dva geny z rodiny nádorových supresorů EXT, mají aktivitu GlcNAcT-I. Naopak, GalNAc je přenášen na linker enzymem GalNAcT pro zahájení syntézy CSGAG, enzymem, který může, ale nemusí mít odlišnou aktivitu ve srovnání s aktivitou GalNAc transferázy chondroitin syntázy.
S ohledem na HSGAG multimerní enzym kódovaný EXT1 a EXT2 z rodiny genů EXT přenáší GlcNAc i GlcA pro prodloužení řetězce HSGAG. Během prodlužování je HSGAG dynamicky modifikován, nejprve N-deacetylázou, N-sulfotransferázou (NDST1), což je bifunkční enzym, který odštěpuje N-acetylovou skupinu z GlcNAc a následně sulfatuje N-pozici. Dále C-5 uronyl epimeráza pokrývá d-GlcA na l-IdoA a následuje 2-O sulfatace cukru kyseliny uronové pomocí 2-O sulfotransferázy (Heparan sulfát 2-O-sulfotransferáza). Nakonec jsou 6-O a 3-O pozice GlcNAc molekul sulfátovány 6-O (Heparan sulfát 6-O-sulfotransferáza) a 3-O (3-OST) sulfotransferázami.
Chondroitin sulfát a dermatan sulfát, které tvoří CSGAG, se od sebe liší přítomností GlcA, respektive IdoA epimerů. Podobně jako při výrobě HSGAG převádí C-5 uronyl epimerasa d-GlcA na l-IdoA za účelem syntézy dermatan sulfátu. Dochází ke třem sulfatacím řetězců CSGAG: 4-O a/nebo 6-O sulfatace GalNAc a 2-O sulfatace kyseliny uronové. Za sulfataci GalNAc jsou zodpovědné čtyři izoformy 4-O GalNAc sulfotransferáz (C4ST-1, C4ST-2, C4ST-3 a D4ST-1) a tři izoformy 6-O GalNAc sulfotransferáz (C6ST, C6ST-2 a GalNAc4S-6ST).
Keratansulfátové typyEdit
Na rozdíl od HSGAG a CSGAG je třetí třída GAG, patřící ke keratansulfátovým typům, vedena k biosyntéze prostřednictvím zvláštních proteinových sekvenčních motivů. Například v rohovce a chrupavce se keratansulfátová doména aggrekanu skládá z řady tandemově se opakujících hexapeptidů s konsenzuální sekvencí E(E/L)PFPS. Kromě toho bylo u tří dalších keratan sulfátových proteoglykanů, lumicanu, keratocanu a mimecanu (OGN), zjištěno, že se na prodloužení N-vázaného oligosacharidu s keratan sulfátem podílí konsenzuální sekvence NX(T/S) spolu se sekundární strukturou proteinu. Prodlužování keratan sulfátu začíná na neredukujících koncích tří vazebných oligosacharidů, které definují tři třídy keratan sulfátu. Keratan sulfát I (KSI) je navázán na N-vazbu prostřednictvím oligosacharidového prekurzoru typu s vysokým obsahem manózy. Keratan sulfát II (KSII) a keratan sulfát III (KSIII) jsou O-vázané, přičemž vazby KSII jsou totožné s vazbami jádra mucinu a KSIII je vázán na 2O mannózu. K prodloužení polymeru keratansulfátu dochází glykosyltransferázovou adicí Gal a GlcNAc. K adici galaktózy dochází především prostřednictvím enzymu β-1,4-galaktozyltransferázy (β4Gal-T1), zatímco enzymy odpovědné za β-3-Nacetylglukosamin nebyly jasně identifikovány. Nakonec dochází k sulfataci polymeru na 6-pozici obou cukerných zbytků. Enzym KS-Gal6ST (CHST1) přenáší sulfátové skupiny na galaktózu, zatímco N-acetylglukosaminyl-6-sulfotransferáza (GlcNAc6ST) (CHST2) přenáší sulfátové skupiny na terminální GlcNAc v keratan sulfátu.
Kyselina hyaluronováEdit
Čtvrtá třída GAG, kyselina hyaluronová, není sulfátována a je syntetizována třemi transmembránovými syntázovými proteiny HAS1, HAS2 a HAS3. HA, lineární polysacharid, se skládá z opakujících se disacharidových jednotek →4)GlcAβ(1→3)GlcNAcβ(1→ a má velmi vysokou molekulovou hmotnost, která se pohybuje od 105 do 107 Da. Každý HAS enzym je schopen transglykosylace, pokud je zásoben UDP-GlcA a UDP-GlcNAc. HAS2 je zodpovědný za velmi velké polymery kyseliny hyaluronové, zatímco HA menších rozměrů syntetizují HAS1 a HAS3. Ačkoli každá izoforma HAS katalyzuje stejnou biosyntetickou reakci, každá izoforma HAS je nezávisle aktivní. Bylo také prokázáno, že izoformy HAS mají rozdílné hodnoty Km pro UDP-GlcA a UDPGlcNAc. Předpokládá se, že prostřednictvím rozdílů v aktivitě a expresi enzymu lze regulovat široké spektrum biologických funkcí zprostředkovaných HA, například jeho zapojení do regulace nervových kmenových buněk v subgranulární zóně mozku
.