I glicosaminoglicani variano notevolmente in massa molecolare, costruzione dei disaccaridi e solfatazione. Questo perché la sintesi dei GAG non è guidata dal modello come le proteine o gli acidi nucleici, ma è costantemente alterata dagli enzimi di elaborazione.
I GAG sono classificati in quattro gruppi basati sulle strutture disaccaride del nucleo. L’eparina/heparan solfato (HSGAGs) e il condroitin solfato/dermatan solfato (CSGAGs) sono sintetizzati nell’apparato di Golgi, dove i nuclei proteici prodotti nel reticolo endoplasmatico ruvido sono modificati post-translazionalmente con glicosilazioni O-linked da glicosiltransferasi che formano i proteoglicani. Il solfato di cheratano può modificare le proteine del nucleo attraverso la glicosilazione N-linked o la glicosilazione O-linked del proteoglicano. La quarta classe di GAG, l’acido ialuronico è sintetizzato da sintasi integrali di membrana che secernono immediatamente la catena disaccaridica dinamicamente allungata.
HSGAG e CSGAGEdit
HSGAG e CSGAG modificano i proteoglicani iniziando con un motivo di consenso Ser-Gly/Ala-X-Gly nella proteina centrale. La costruzione di un linker tetrasaccaridico che consiste in -GlcAβ1-3Galβ1-3Galβ1-4Xylβ1-O-(Ser)-, dove xilosiltrasferasi, β4-galattosil transferasi (GalTI), β3-galattosil transferasi (GalT-II), e β3-GlcA transferasi (GlcAT-I) trasferiscono i quattro monosaccaridi, inizia la sintesi della proteina GAG modificata. La prima modifica del tetrasaccaride linker determina se verranno aggiunti gli HSGAG o i CSGAG. L’aggiunta di un GlcNAc promuove l’aggiunta di HSGAGs mentre l’aggiunta di GalNAc al linker tetrasaccaridico promuove lo sviluppo di CSGAGs. Il GlcNAcT-I trasferisce il GlcNAc al linker tetrasaccaridico, che si distingue dalla glicosiltransferasi GlcNAcT-II, l’enzima che viene utilizzato per costruire gli HSGAG. EXTL2 e EXTL3, due geni della famiglia di soppressori tumorali EXT, hanno dimostrato di avere attività GlcNAcT-I. Al contrario, il GalNAc viene trasferito al linker dall’enzima GalNAcT per avviare la sintesi dei CSGAG, un enzima che può avere o meno un’attività distinta rispetto all’attività di GalNAc transferasi della condroitina sintasi.
Per quanto riguarda gli HSGAG, un enzima multimerico codificato da EXT1 e EXT2 della famiglia di geni EXT, trasferisce sia GlcNAc che GlcA per l’allungamento della catena HSGAG. Durante l’allungamento, l’HSGAG viene modificato dinamicamente, prima dalla N-deacetilasi, N-sulfotransferasi (NDST1), che è un enzima bifunzionale che scinde il gruppo N-acetile dal GlcNAc e successivamente solfata la posizione N. Successivamente, la C-5 uronil epimerasi copre il d-GlcA in l-IdoA seguito dalla solfatazione 2-O dello zucchero acido uronico da parte della 2-O solfotransferasi (Heparan sulfate 2-O-sulfotransferase). Infine, le posizioni 6-O e 3-O del GlcNAc sono solfatate dalle solfotransferasi 6-O (Heparan sulfato 6-O-sulfotransferasi) e 3-O (3-OST).
Il condroitin solfato e il dermatan solfato, che comprendono i CSGAG, si differenziano l’uno dall’altro per la presenza rispettivamente di epimeri GlcA e IdoA. Come per la produzione di HSGAGs, la C-5 uronil epimerasi converte d-GlcA in l-IdoA per sintetizzare il solfato di dermatano. Si verificano tre eventi di solfatazione delle catene CSGAG: 4-O e/o 6-O solfatazione del GalNAc e 2-O solfatazione dell’acido uronico. Quattro isoforme delle solfotransferasi 4-O GalNAc (C4ST-1, C4ST-2, C4ST-3, e D4ST-1) e tre isoforme delle solfotransferasi 6-O GalNAc (C6ST, C6ST-2, e GalNAc4S-6ST) sono responsabili della solfatazione del GalNAc.
Tipi di cheratano solfatoModifica
A differenza degli HSGAG e dei CSGAG, la terza classe di GAG, quelli appartenenti ai tipi di cheratano solfato, sono guidati alla biosintesi da particolari motivi di sequenza proteica. Per esempio, nella cornea e nella cartilagine, il dominio del cheratano solfato dell’aggrecano consiste in una serie di esapeptidi ripetuti in tandem con una sequenza di consenso E(E/L)PFPS. Inoltre, per altri tre proteoglicani solfati di cheratano, lumican, keratocan e mimecan (OGN), la sequenza di consenso NX(T/S) insieme alla struttura secondaria della proteina è stata determinata per essere coinvolta nell’estensione degli oligosaccaridi N-linked con il cheratan solfato. L’allungamento del solfato di cheratano inizia alle estremità non riducenti di tre oligosaccaridi di collegamento, che definiscono le tre classi di solfato di cheratano. Il cheratano solfato I (KSI) è legato a N tramite un oligosaccaride precursore di tipo mannoso. Il cheratan solfato II (KSII) e il cheratan solfato III (KSIII) sono O-linked, con i legami del KSII identici a quelli della struttura centrale della mucina, e il KSIII legato a un mannosio 2-O. L’allungamento del polimero del solfato di cheratano avviene attraverso l’aggiunta di Gal e GlcNAc da parte della glicosiltransferasi. L’aggiunta di galattosio avviene principalmente attraverso l’enzima β-1,4-galattosiltransferasi (β4Gal-T1) mentre gli enzimi responsabili della β-3-Nacetilglucosamina non sono stati chiaramente identificati. Infine, la solfatazione del polimero avviene nella posizione 6 di entrambi i residui di zucchero. L’enzima KS-Gal6ST (CHST1) trasferisce gruppi di solfato al galattosio mentre la N-acetilglucosaminil-6-sulfotransferasi (GlcNAc6ST) (CHST2) trasferisce gruppi di solfato al GlcNAc terminale nel cheratan solfato.
Acido ialuronicoModifica
La quarta classe di GAG, l’acido ialuronico, non è solfatato ed è sintetizzato da tre proteine sintasi transmembrana HAS1, HAS2 e HAS3. L’HA, un polisaccaride lineare, è composto da unità disaccaride ripetute di →4)GlcAβ(1→3)GlcNAcβ(1→ e ha una massa molecolare molto alta, che va da 105 a 107 Da. Ogni enzima HAS è capace di transglicosilazione quando viene fornito con UDP-GlcA e UDP-GlcNAc. HAS2 è responsabile dei polimeri di acido ialuronico molto grandi, mentre le dimensioni più piccole di HA sono sintetizzate da HAS1 e HAS3. Mentre ogni isoforma HAS catalizza la stessa reazione biosintetica, ogni isoforma HAS è indipendentemente attiva. È stato anche dimostrato che le isoforme HAS hanno valori Km diversi per UDP-GlcA e UDPGlcNAc. Si ritiene che attraverso le differenze nell’attività e nell’espressione dell’enzima, l’ampio spettro di funzioni biologiche mediate dall’HA possa essere regolato, come il suo coinvolgimento nella regolazione delle cellule staminali neurali nella zona subgranulare del cervello.