Glykosaminoglykaanit vaihtelevat suuresti molekyylimassan, disakkaridirakenteen ja sulfatoitumisen suhteen. Tämä johtuu siitä, että GAG-synteesi ei ole proteiinien tai nukleiinihappojen tapaan templaattiohjattua, vaan sitä muuttavat jatkuvasti prosessointientsyymit.
GAG:t luokitellaan neljään ryhmään ydindisakkaridirakenteen perusteella. Hepariini/heparaanisulfaatti (HSGAG:t) ja kondroitiinisulfaatti/dermataanisulfaatti (CSGAG:t) syntetisoidaan Golgin laitteistossa, jossa karkeassa endoplasmisessa retikulumissa tehdyt proteiinisydämet muunnetaan posttranslationaalisesti O-sidoksisilla glykosylaatioilla glykosyylitransferaasien toimesta muodostaen proteoglykaaneja. Kerataanisulfaatti voi muuttaa ydinproteiineja N-sidoksisen glykosylaation tai proteoglykaanin O-sidoksisen glykosylaation kautta. Neljäs GAG-luokka, hyaluronihappo, syntetisoidaan integraalikalvon syntaaseilla, jotka erittävät dynaamisesti pitkänomaisen disakkaridiketjun välittömästi.
HSGAG ja CSGAGEdit
HSGAG- ja CSGAG-modifioidut proteoglykaanit alkavat ensin ydinproteiinissa olevalla konsensuskelpoisella Ser-Gly/Ala-X-Gly-motiivilla. GAG-modifioidun proteiinin synteesi alkaa tetrasakkaridilinkkerin rakentamisella, joka koostuu -GlcAβ1-3Galβ1-3Galβ1-4Xylβ1-O-(Ser)-:stä, jossa ksylosyylitransferaasi, β4-galaktosyylitransferaasi (GalTI), β3-galaktosyylitransferaasi (GalT-II) ja β3-GlcA-transferaasi (GlcAT-I) siirtävät neljä monosakkaridia. Tetrasakkaridilinkkerin ensimmäinen modifikaatio määrittää, lisätäänkö HSGAG:t vai CSGAG:t. GlcNAc:n lisääminen edistää HSGAG:ien lisäämistä, kun taas GalNAc:n lisääminen tetrasakkaridilinkkeriin edistää CSGAG:ien kehittymistä. GlcNAcT-I siirtää GlcNAcia tetrasakkaridilinkkeriin, mikä eroaa glykosyylitransferaasi GlcNAcT-II:stä, entsyymistä, jota hyödynnetään HSGAG:ien rakentamisessa. EXTL2:lla ja EXTL3:lla, kahdella EXT-kasvainsuppressoriperheeseen kuuluvalla geenillä, on osoitettu olevan GlcNAcT-I-aktiivisuutta. Sitä vastoin GalNAc siirretään linkkeriin GalNAcT-entsyymillä CSGAG:ien synteesin aloittamiseksi, entsyymillä, jolla voi olla tai ei voi olla erilaista aktiivisuutta verrattuna kondroitiinisyntaasin GalNAc-transferaasiaktiivisuuteen.
HSGAG:ien osalta EXT-geeniperheen EXT1- ja EXT2-geeniperheeseen kuuluvien EXT1- ja EXT2-geenien koodaama multimeerinen entsyymi siirtää HSGAG-ketjujen pidentämistä varten sekä GlcNAc:aa että GlcA:ta. Pidentyessään HSGAG-ketjua muutetaan dynaamisesti, ensin N-deasetylaasi, N-sulfotransferaasi (NDST1), joka on bifunktionaalinen entsyymi, joka pilkkoo N-asetyyliryhmän GlcNAc:sta ja sen jälkeen sulfatoi N-aseman. Seuraavaksi C-5-uronyyliepideraasi muuntaa d-GlcA:n l-IdoA:ksi, minkä jälkeen 2-O-sulfotransferaasi (heparaanisulfaatti-2-O-sulfotransferaasi) sulfatoi uronihapposokerin. Lopuksi GlcNAc-moitien 6-O- ja 3-O-asemat sulfatoidaan 6-O- (heparaanisulfaatin 6-O-sulfotransferaasi) ja 3-O-sulfotransferaasien (3-OST) toimesta.
Kondroitiinisulfaatti ja dermataanisulfaatti, jotka muodostavat CSGAG:ita, eroavat toisistaan GlcA- ja IdoA-epimereiden esiintymisen perusteella. Samoin kuin HSGAG:ien tuotannossa, C-5-uronyyliepideraasi muuntaa d-GlcA:n l-IdoA:ksi dermataanisulfaatin synteesiä varten. CSGAG-ketjuissa tapahtuu kolme sulfatointitapahtumaa: GalNAcin 4-O- ja/tai 6-O-sulfatointi ja uronihapon 2-O-sulfatointi. GalNAcin 4-O-GalNAc-sulfotransferaasien neljä isoformia (C4ST-1, C4ST-2, C4ST-3 ja D4ST-1) ja GalNAcin 6-O-sulfotransferaasien kolme isoformia (C6ST, C6ST-2 ja GalNAc4S-6ST) ovat vastuussa GalNAcin sulfatoitumisesta.
Kerataanisulfaattityypit Muokkaa
Toisin kuin HSGAG:t ja CSGAG:t, kolmas GAG-luokka, kerataanisulfaattityyppeihin kuuluvat GAG:t, ohjautuvat biosynteesiin tiettyjen proteiinisekvenssimotiivien kautta. Esimerkiksi sarveiskalvossa ja rustossa aggrekaanin kerataanisulfaattidomeeni koostuu sarjasta tandemisesti toistuvia heksapeptidejä, joiden konsensussekvenssi on E(E/L)PFPS. Lisäksi kolmen muun kerataanisulfaattisen proteoglykaanin, lumikaanin, keratokaanin ja mimeekaanin (OGN), konsensussekvenssin NX(T/S) yhdessä proteiinien sekundäärirakenteen kanssa todettiin osallistuvan N-sidoksisen oligosakkaridipidennykseen kerataanisulfaatin kanssa. Kerataanisulfaatin pidennys alkaa kolmen sidoksen oligosakkaridien pelkistämättömistä päistä, jotka määrittelevät kerataanisulfaatin kolme luokkaa. Kerataanisulfaatti I (KSI) on N -linkittynyt korkean mannoosipitoisuuden omaavan esiasteen oligosakkaridin kautta. Kerataanisulfaatti II (KSII) ja kerataanisulfaatti III (KSIII) ovat O-sidoksia, joista KSII:n sidokset ovat identtiset muskiinin ydinrakenteen kanssa ja KSIII:n sidokset 2-O-mannoosiin. Kerataanisulfaattipolymeerin pidentyminen tapahtuu Galin ja GlcNAcin glykosyylitransferaasilisäyksellä. Galaktoosin lisäys tapahtuu ensisijaisesti β-1,4-galaktosyylitransferaasientsyymin (β4Gal-T1) välityksellä, kun taas β-3-Nasetyyliglukosamiinin lisäyksestä vastaavia entsyymejä ei ole selvästi tunnistettu. Lopuksi polymeerin sulfatoituminen tapahtuu molempien sokerijäämien 6-asennossa. Entsyymi KS-Gal6ST (CHST1) siirtää sulfaattiryhmiä galaktoosiin, kun taas N-asetyyliglukosaminyyli-6-sulfotransferaasi (GlcNAc6ST) (CHST2) siirtää sulfaattiryhmiä kerataanisulfaatin terminaaliseen GlcNAc:iin.
HyaluronihappoEdit
Neljäs GAG-luokka, hyaluronihappo, ei ole sulfatoitu ja sitä syntetisoi kolme transmembraanista syntaasiproteiinia HAS1, HAS2 ja HAS3. HA, lineaarinen polysakkaridi, koostuu toistuvista disakkaridiyksiköistä →4)GlcAβ(1→3)GlcNAcβ(1→ ja sillä on erittäin suuri molekyylimassa, joka vaihtelee 105 ja 107 Da välillä. Kukin HAS-entsyymi kykenee transglykosylaatioon, kun sille annetaan UDP-GlcA ja UDP-GlcNAc. HAS2 vastaa hyvin suurista hyaluronihappopolymeereistä, kun taas HAS1 ja HAS3 syntetisoivat pienempikokoisia HA:ta. Vaikka jokainen HAS-isomuoto katalysoi samaa biosynteettistä reaktiota, kukin HAS-isomuoto on itsenäisesti aktiivinen. HAS-isomuodoilla on myös osoitettu olevan erilaiset Km-arvot UDP-GlcA:lle ja UDPGlcNAc:lle. Uskotaan, että entsyymiaktiivisuuden ja ilmentymisen erojen kautta voidaan säädellä HA:n välittämien biologisten toimintojen laajaa kirjoa, kuten sen osallisuutta neuraalisten kantasolujen säätelyyn aivojen subgranulaarisella vyöhykkeellä.