A glikozaminoglikánok molekulatömege, diszacharid felépítése és szulfátosodása nagymértékben eltér egymástól. Ennek oka, hogy a GAG-szintézis nem sablonvezérelt, mint a fehérjék vagy a nukleinsavak, hanem a feldolgozó enzimek folyamatosan változtatják.
A GAG-okat négy csoportba sorolják az alapvető diszacharidszerkezetek alapján. A heparin/heparán-szulfát (HSGAG-ok) és a kondroitin-szulfát/dermatán-szulfát (CSGAG-ok) a Golgi-apparátusban szintetizálódnak, ahol a durva endoplazmatikus retikulumban készült fehérjemagokat a glikoziltranszferázok O-kötésű glikozilációkkal poszttranszlációsan módosítják, proteoglikánokat alkotva. A keratán-szulfát a magfehérjéket N-kötött glikoziláció vagy a proteoglikán O-kötött glikozilációja révén módosíthatja. A GAG-ok negyedik osztályát, a hialuronsavat integrálmembrán-szintázok szintetizálják, amelyek azonnal szekretálják a dinamikusan megnyúlt diszacharidláncot.
HSGAG és CSGAGEdit
A HSGAG és CSGAG módosított proteoglikánok először a magfehérje konszenzusos Ser-Gly/Ala-X-Gly motívumával kezdődnek. Egy -GlcAβ1-3Galβ1-3Galβ1-4Xylβ1-O-(Ser)-ből álló tetraszacharid linker felépítése, ahol a xilozil-transzferáz, β4-galaktoziltranszferáz (GalTI),β3-galaktoziltranszferáz (GalT-II) és β3-GlcA transzferáz (GlcAT-I) átadja a négy monoszacharidot, megkezdi a GAG módosított fehérje szintézisét. A tetraszacharid-linker első módosítása határozza meg, hogy a HSGAG-ok vagy a CSGAG-ok kerülnek-e hozzáadásra. A GlcNAc hozzáadása elősegíti a HSGAG-ok hozzáadását, míg a GalNAc hozzáadása a tetraszacharid-linkerhez elősegíti a CSGAG-ok kialakulását. A GlcNAcT-I GlcNAc-ot juttat a tetraszacharid-linkerhez, ami különbözik a GlcNAcT-II glikoziltranszferáztól, a HSGAG-ok felépítéséhez használt enzimtől. Az EXTL2 és EXTL3, az EXT tumorszupresszor család két génje GlcNAcT-I aktivitással rendelkezik. Ezzel szemben a GalNAc-ot a GalNAcT enzim juttatja át a linkerre a CSGAG-ok szintézisének elindításához, amely enzimnek a kondroitin-szintáz GalNAc-transzferáz aktivitásához képest eltérő aktivitása lehet vagy nem lehet.
A HSGAG-ok tekintetében az EXT géncsalád EXT1 és EXT2 génjei által kódolt multimer enzim mind a GlcNAc-ot, mind a GlcA-t átadja a HSGAG-lánc megnyúlásához. Nyúlás közben a HSGAG dinamikusan módosul, először az N-deacetiláz, N-szulfotranszferáz (NDST1) által, amely egy bifunkcionális enzim, amely lehasítja az N-acetilcsoportot a GlcNAc-ról, majd szulfatálja az N-pozíciót. Ezután a C-5 uronil epimeráz a d-GlcA-t l-IdoA-vá alakítja, majd a 2-O szulfotranszferáz (heparán-szulfát 2-O-szulfotranszferáz) az uronsavcukor 2-O szulfatálását végzi. Végül, a GlcNAc mozzanatok 6-O és 3-O pozícióit 6-O (Heparan-szulfát 6-O-szulfotranszferáz) és 3-O (3-OST) szulfotranszferázok szulfatálják.
A CSGAG-okat alkotó kondroitin-szulfátot és dermatán-szulfátot a GlcA és IdoA epimerek jelenléte különbözteti meg egymástól. A HSGAG-ok előállításához hasonlóan a C-5 uronylepimeráz a d-GlcA-t l-IdoA-vá alakítja a dermatán-szulfát szintéziséhez. A CSGAG-láncok három szulfatálódási eseménye következik be: A GalNAc 4-O és/vagy 6-O szulfatációja és az uronsav 2-O szulfatációja. A GalNAc 4-O GalNAc szulfotranszferázok négy izoformája (C4ST-1, C4ST-2, C4ST-3 és D4ST-1) és a GalNAc 6-O szulfotranszferázok három izoformája (C6ST, C6ST-2 és GalNAc4S-6ST) felelős a GalNAc szulfatálásáért.
Keratán-szulfát típusokSzerkesztés
A HSGAG-októl és a CSGAG-októl eltérően a GAG-ok harmadik osztályát, a keratán-szulfát típusokhoz tartozókat meghatározott fehérje szekvencia-motívumok irányítják a bioszintézis felé. Például a szaruhártyában és a porcban az aggrecan keratán-szulfát doménje tandemszerűen ismétlődő hexapeptidek sorozatából áll, amelyek konszenzus szekvenciája E(E/L)PFPS. Ezenkívül három másik keratán-szulfátos proteoglikán, a lumikán, a keratocán és a mimecan (OGN) esetében az NX(T/S) konszenzus szekvenciát a fehérje másodlagos szerkezetével együtt úgy határozták meg, hogy részt vesz az N-hez kötött oligoszacharidok keratán-szulfáttal történő meghosszabbításában. A keratán-szulfát megnyúlása a három kötődésű oligoszacharid nem redukáló végein kezdődik, amelyek meghatározzák a keratán-szulfát három osztályát. Az I. keratán-szulfát (KSI) egy magas mannóz-típusú prekurzor oligoszacharidon keresztül N-kapcsolódik. A keratán-szulfát II (KSII) és a keratán-szulfát III (KSIII) O-kötésűek, a KSII kötései megegyeznek a mucin magszerkezetével, a KSIII pedig 2-O mannózzal kapcsolódik. A keratán-szulfát polimer megnyúlása a Gal és GlcNAc glikoziltranszferáz addíciója révén történik. A galaktóz addíció elsősorban a β-1,4-galaktozil-transzferáz enzimen (β4Gal-T1) keresztül történik, míg a β-3-Nacetilglükózaminért felelős enzimeket nem sikerült egyértelműen azonosítani. Végül a polimer szulfátosodása mindkét cukormaradék 6-pozíciójában történik. A KS-Gal6ST (CHST1) enzim szulfátcsoportokat visz át a galaktózra, míg az N-acetilglükozaminil-6-szulfotranszferáz (GlcNAc6ST) (CHST2) szulfátcsoportokat visz át a terminális GlcNAc-ra a keratán-szulfátban.
HialuronsavSzerkesztés
A GAG-ok negyedik osztálya, a hialuronsav nem szulfatálódik, és három transzmembrán-szintáz fehérje, a HAS1, HAS2 és HAS3 szintetizálja. A HA, egy lineáris poliszacharid, ismétlődő →4)GlcAβ(1→3)GlcNAcβ(1→ diszacharid egységekből áll, és nagyon nagy, 105 és 107 Da közötti molekulatömeggel rendelkezik. Minden HAS enzim képes transzglikozilációra, ha UDP-GlcA-t és UDP-GlcNAc-t kap. Az HAS2 felelős a nagyon nagyméretű hialuronsav polimerekért, míg a kisebb méretű HA-t az HAS1 és az HAS3 szintetizálja. Bár mindegyik HAS izoforma ugyanazt a bioszintetikus reakciót katalizálja, mindegyik HAS izoforma egymástól függetlenül aktív. A HAS izoformákról azt is kimutatták, hogy az UDP-GlcA és az UDPGlcNAc esetében eltérő Km értékekkel rendelkeznek. Úgy gondolják, hogy az enzimaktivitás és az expresszió különbségein keresztül szabályozható a HA által közvetített biológiai funkciók széles spektruma, mint például az agy szubgranuláris zónájában a neurális őssejtek szabályozásában való részvétele.