Glykosaminoglykaner varierer meget i molekylmasse, disaccharidkonstruktion og sulfatering. Dette skyldes, at GAG-syntesen ikke er skabelonstyret som proteiner eller nukleinsyrer, men konstant ændres af forarbejdningsenzymer.
GAG’er klassificeres i fire grupper baseret på kernedisakkaridstrukturer. Heparin/heparansulfat (HSGAG’er) og chondroitinsulfat/dermatansulfat (CSGAG’er) syntetiseres i Golgi-apparatet, hvor proteinkerner fremstillet i det ru endoplasmatiske reticulum posttranslationelt modificeres med O-linkede glykosyleringer af glykosyltransferaser, der danner proteoglykaner. Keratansulfat kan modificere kerneproteiner gennem N-linked glykosylering eller O-linked glykosylering af proteoglykanet. Den fjerde klasse af GAG, hyaluronsyre, syntetiseres af integrale membransyntaser, som straks udskiller den dynamisk forlængede disaccharidkæde.
HSGAG og CSGAGEdit
HSGAG- og CSGAG-modificerede proteoglykaner begynder først med et konsensus Ser-Gly/Ala-X-Gly-motiv i kerneproteinet. Konstruktion af en tetrasaccharidlinker, der består af -GlcAβ1-3Galβ1-3Galβ1-4Xylβ1-O-(Ser)-, hvor xylosyltransferase, β4-galactosyltransferase (GalTI),β3-galactosyltransferase (GalT-II) og β3-GlcA-transferase (GlcAT-I) overfører de fire monosaccharider, begynder syntesen af det GAG-modificerede protein. Den første modifikation af tetrasaccharidlinkeren bestemmer, om HSGAG’erne eller CSGAG’erne vil blive tilføjet. Tilføjelse af GlcNAc fremmer tilføjelsen af HSGAG’er, mens tilføjelse af GalNAc til tetrasaccharidlinkeren fremmer CSGAG-udviklingen. GlcNAcT-I overfører GlcNAc til tetrasakkaridlinkeren, hvilket er forskelligt fra glykosyltransferase GlcNAcT-II, som er det enzym, der anvendes til at opbygge HSGAG’er. EXTL2 og EXTL3, to gener i EXT-tumorsuppressorfamilien, har vist sig at have GlcNAcTT-I-aktivitet. Omvendt overføres GalNAc til linkeren af enzymet GalNAcT for at indlede syntesen af CSGAG’er, et enzym, som måske eller måske ikke har en særskilt aktivitet i forhold til chondroitinsyntasens GalNAc-transferaseaktivitet.
Med hensyn til HSGAG’er overfører et multimerisk enzym, der er kodet af EXT1 og EXT2 i EXT-familien af gener, både GlcNAc og GlcA til forlængelse af HSGAG-kæden. Under elongationen modificeres HSGAG’en dynamisk, først af N-deacetylase, N-sulfotransferase (NDST1), som er et bifunktionelt enzym, der spalter N-acetylgruppen fra GlcNAc og efterfølgende sulfaterer N-positionen. Derefter omdanner C-5 uronyl epimerase d-GlcA til l-IdoA efterfulgt af 2-O-sulfatering af uronsyresukkeret ved hjælp af 2-O-sulfotransferase (Heparansulfat 2-O-sulfotransferase). Endelig sulfateres 6-O- og 3-O-positionerne af GlcNAc-moities af 6-O- (Heparansulfat 6-O-sulfotransferase) og 3-O-sulfotransferaser (3-OST).
Chondroitinsulfat og dermatansulfat, som omfatter CSGAG’er, adskiller sig fra hinanden ved tilstedeværelsen af henholdsvis GlcA- og IdoA-epimere. I lighed med produktionen af HSGAG’er konverterer C-5 uronyl epimerase d-GlcA til IdoA for at syntetisere dermatansulfat. Der forekommer tre sulfateringsbegivenheder af CSGAG-kæderne: 4-O og/eller 6-O sulfatering af GalNAc og 2-O sulfatering af uronsyre. Fire isoformer af 4-O GalNAc-sulfotransferaser (C4ST-1, C4ST-2, C4ST-3 og D4ST-1) og tre isoformer af GalNAc-6-O-sulfotransferaser (C6ST, C6ST-2 og GalNAc4S-6ST) er ansvarlige for sulfateringen af GalNAc.
Keratansulfat-typerRediger
I modsætning til HSGAG’er og CSGAG’er er den tredje klasse af GAG’er, dem, der tilhører keratansulfat-typerne, drevet mod biosyntese gennem særlige proteinsekvensmotiver. For eksempel består keratansulfatdomænet i aggrecan i hornhinde og brusk af en række tandemvis gentagne hexapeptider med konsensussekvensen E(E/L)PFPS. For tre andre keratansulfaterede proteoglykaner, lumican, keratocan og mimecan (OGN), blev det desuden fastslået, at konsensussekvensen NX(T/S) sammen med proteinets sekundære struktur er involveret i N-bunden oligosakkaridforlængelse med keratansulfat. Keratansulfatforlængelse begynder ved de ikke-reducerende ender af tre linkede oligosaccharider, som definerer de tre klasser af keratansulfat. Keratansulfat I (KSI) er N -bundet via et oligosaccharid med et højt mannoseprækursor-oligosaccharid af mannose-typen. Keratansulfat II (KSII) og keratansulfat III (KSIII) er O-bundne, hvor KSII’s bindinger er identiske med mucinkernens struktur, og KSIII er knyttet til en 2-O mannose. Forlængelse af keratansulfatpolymeren sker gennem glykosyltransferasetilsætning af Gal og GlcNAc. Galactosetilsætning sker primært gennem enzymet β-1,4-galactosyltransferase (β4Gal-T1), mens de enzymer, der er ansvarlige for β-3-Nacetylglucosamin, ikke er blevet klart identificeret. Endelig sker sulfatering af polymeren ved 6-positionen af begge sukkerrester. Enzymet KS-Gal6ST (CHST1) overfører sulfatgrupper til galactose, mens N-acetylglucosaminyl-6-sulfotransferase (GlcNAc6ST) (CHST2) overfører sulfatgrupper til terminal GlcNAc i keratansulfat.
HyaluronsyreRediger
Den fjerde klasse af GAG’er, hyaluronsyre, er ikke sulfateret og syntetiseres af tre transmembran-syntaseproteiner HAS1, HAS2 og HAS3. HA, et lineært polysaccharid, er sammensat af gentagne disaccharid-enheder af →4)GlcAβ(1→3)GlcNAcβ(1→ og har en meget høj molekylmasse, der varierer fra 105 til 107 Da. Hvert HAS-enzym er i stand til transglykosylering, når det forsynes med UDP-GlcA og UDP-GlcNAc. HAS2 er ansvarlig for meget store hyaluronsyrepolymerer, mens mindre størrelser af HA syntetiseres af HAS1 og HAS3. Selv om hver HAS-isoform katalyserer den samme biosyntetiske reaktion, er hver HAS-isoform uafhængigt aktiv. HAS-isoformerne har også vist sig at have forskellige Km-værdier for UDP-GlcA og UDPGlcNAc. Man mener, at gennem forskelle i enzymaktivitet og ekspression kan det brede spektrum af biologiske funktioner, der formidles af HA, reguleres, f.eks. dets involvering i regulering af neurale stamceller i hjernens subgranulære zone.