Glycosaminoglycanen variëren sterk in molecuulmassa, disacharideconstructie en sulfatisering. Dit komt doordat de synthese van GAG’s niet wordt aangestuurd door sjablonen zoals bij eiwitten of nucleïnezuren, maar voortdurend wordt gewijzigd door verwerkingsenzymen.
GAG’s worden ingedeeld in vier groepen op basis van de disacharidestructuur van de kern. Heparine/heparaansulfaat (HSGAG’s) en chondroïtinesulfaat/dermatansulfaat (CSGAG’s) worden gesynthetiseerd in het Golgi-apparaat, waar eiwitkernen die in het ruw endoplasmatisch reticulum zijn gemaakt, post-translationeel worden gemodificeerd met O-gekoppelde glycosyleringen door glycosyltransferasen die proteoglycanen vormen. Keratansulfaat kan de kerneiwitten modificeren via N-gebonden glycosylering of O-gebonden glycosylering van het proteoglycan. De vierde klasse van GAG, hyaluronzuur, wordt gesynthetiseerd door integrale membraansynthasen die de dynamisch verlengde disacharideketen onmiddellijk uitscheiden.
HSGAG en CSGAGEdit
HSGAG en CSGAG gemodificeerde proteoglycanen beginnen eerst met een consensus Ser-Gly/Ala-X-Gly motief in het kerneiwit. De bouw van een tetrasacharide linker die bestaat uit -GlcAβ1-3Galβ1-3Galβ1-4Xylβ1-O-(Ser)-, waar xylosyltransferase, β4-galactosyl transferase (GalTI), β3-galactosyl transferase (GalT-II), en β3-GlcA transferase (GlcAT-I) de vier monosachariden overdragen, begint de synthese van het GAG gemodificeerde eiwit. De eerste modificatie van de tetrasaccharide linker bepaalt of de HSGAGs of CSGAGs zullen worden toegevoegd. Toevoeging van een GlcNAc bevordert de toevoeging van HSGAGs, terwijl toevoeging van GalNAc aan de tetrasaccharide linker de ontwikkeling van CSGAGs bevordert. GlcNAcT-I brengt GlcNAc over naar de tetrasacahride linker, hetgeen verschilt van glycosyltransferase GlcNAcT-II, het enzym dat wordt gebruikt om HSGAGs te bouwen. EXTL2 en EXTL3, twee genen in de EXT tumorsuppressorfamilie, blijken GlcNAcT-I activiteit te bezitten. Omgekeerd wordt GalNAc op de linker overgebracht door het enzym GalNAcT om de synthese van CSGAGs te starten, een enzym dat al dan niet een andere activiteit heeft dan de GalNAc transferase activiteit van chondroïtine synthase.
Wat HSGAGs betreft, brengt een multimeer enzym, gecodeerd door EXT1 en EXT2 van de EXT genenfamilie, zowel GlcNAc als GlcA over voor de verlenging van de HSGAG keten. Tijdens de verlenging wordt de HSGAG dynamisch gemodificeerd, eerst door N-deacetylase, N-sulfotransferase (NDST1), een bifunctioneel enzym dat de N-acetylgroep van GlcNAc afsplitst en vervolgens de N-positie sulfateert. Vervolgens wordt d-GlcA door C-5-uronylepimerase omgezet in l-IdoA, gevolgd door 2-O-sulfering van de ureumsuiker door 2-O-sulfotransferase (Heparansulfaat 2-O-sulfotransferase). Tenslotte worden de 6-O en 3-O posities van GlcNAc-moleculen gesulfateerd door 6-O (Heparan sulfate 6-O-sulfotransferase) en 3-O (3-OST) sulfotransferases.
Chondroïtinesulfaat en dermatan sulfaat, die CSGAG’s omvatten, worden van elkaar onderscheiden door de aanwezigheid van respectievelijk GlcA- en IdoA-epimeren. Net als bij de productie van HSGAG’s zet C-5 uronyl epimerase d-GlcA om in l-IdoA voor de synthese van dermatansulfaat. De CSGAG-ketens ondergaan drie sulfatieprocessen: 4-O en/of 6-O sulfering van GalNAc en 2-O sulfering van urinezuur. Vier isovormen van de 4-O GalNAc-sulfotransferasen (C4ST-1, C4ST-2, C4ST-3 en D4ST-1) en drie isovormen van de GalNAc 6-O sulfotransferasen (C6ST, C6ST-2 en GalNAc4S-6ST) zijn verantwoordelijk voor de sulfering van GalNAc.
Keratan sulfaat typesEdit
In tegenstelling tot HSGAGs en CSGAGs, wordt de derde klasse van GAGs, die welke tot keratan sulfaat types behoren, tot biosynthese gedreven door bepaalde eiwit-sequentie motieven. In het hoornvlies en het kraakbeen bijvoorbeeld, bestaat het keratansulfaatdomein van aggrecan uit een reeks tandem-herhaalde hexapeptiden met een consensussequentie van E(E/L)PFPS. Daarnaast is voor drie andere keratansulfaat-gesulfateerde proteoglycanen, lumican, keratocan en mimecan (OGN), de consensussequentie NX(T/S) samen met de secundaire structuur van het eiwit bepaald die betrokken is bij N-gekoppelde oligosaccharide-extensie met keratansulfaat. De keratansulfaatverlenging begint aan de niet-reducerende uiteinden van drie bindingsoligosachariden, die de drie klassen van keratansulfaat definiëren. Keratansulfaat I (KSI) is N-gebonden via een precursor-oligosacharide met een hoog mannosetype. Keratansulfaat II (KSII) en keratansulfaat III (KSIII) zijn O-gebonden, waarbij de bindingen van KSII identiek zijn aan die van de mucinekernstructuur, en KSIII gekoppeld is aan een 2-O mannose. Elongatie van het keratansulfaatpolymeer vindt plaats door de glycosyltransferase toevoeging van Gal en GlcNAc. De toevoeging van galactose gebeurt hoofdzakelijk door het enzym β-1,4-galactosyltransferase (β4Gal-T1), terwijl de enzymen die verantwoordelijk zijn voor β-3-Nacetylglucosamine nog niet duidelijk zijn geïdentificeerd. Tenslotte vindt sulfatatie van het polymeer plaats op de 6-positie van beide suikerresiduen. Het enzym KS-Gal6ST (CHST1) brengt sulfaatgroepen over op galactose, terwijl N-acetylglucosaminyl-6-sulfotransferase (GlcNAc6ST) (CHST2) sulfaatgroepen overbrengt op het eindglcNAc in keratansulfaat.
HyaluronzuurEdit
De vierde klasse van GAG, hyaluronzuur, is niet gesulfateerd en wordt gesynthetiseerd door drie transmembraan synthase-eiwitten HAS1, HAS2, en HAS3. HA, een lineair polysacharide, is opgebouwd uit repeterende disacharide-eenheden van →4)GlcAβ(1→3)GlcNAcβ(1→ en heeft een zeer hoge molecuulmassa, variërend van 105 tot 107 Da. Elk HAS-enzym is in staat tot transglycosylering wanneer het van UDP-GlcA en UDP-GlcNAc wordt voorzien. HAS2 is verantwoordelijk voor zeer grote hyaluronzuurpolymeren, terwijl kleinere maten HA worden gesynthetiseerd door HAS1 en HAS3. Hoewel elke HAS-isovorm dezelfde biosynthetische reactie katalyseert, is elke HAS-isovorm onafhankelijk actief. Er is ook aangetoond dat HAS-isovormen verschillende Km-waarden hebben voor UDP-GlcA en UDPGlcNAc. Aangenomen wordt dat door verschillen in enzymactiviteit en expressie het brede spectrum van biologische functies die door HA worden gemedieerd, kan worden gereguleerd, zoals zijn betrokkenheid bij de regulering van neurale stamcellen in de subgranulaire zone van de hersenen.