Glikozaminoglikany różnią się znacznie masą cząsteczkową, budową disacharydów i sulfacją. Wynika to z faktu, że synteza GAG nie jest napędzana szablonami jak białka czy kwasy nukleinowe, ale jest stale zmieniana przez enzymy przetwarzające.
GAG są klasyfikowane do czterech grup w oparciu o strukturę disacharydów rdzenia. Heparyna/siarczan heparanu (HSGAGs) i siarczan chondroityny/siarczan dermatanu (CSGAGs) są syntetyzowane w aparacie Golgiego, gdzie rdzenie białkowe wykonane w szorstkim retikulum endoplazmatycznym są potranslacyjnie modyfikowane za pomocą O-linkowanych glikozylacji przez glikozylotransferazy tworzące proteoglikany. Siarczan keratanu może modyfikować białka rdzenia poprzez N-linked glikozylację lub O-linked glikozylację proteoglikanu. Czwarta klasa GAG, kwas hialuronowy, jest syntetyzowany przez integralne syntazy błonowe, które natychmiast wydzielają dynamicznie wydłużony łańcuch disacharydowy.
HSGAG i CSGAGEdit
HSGAG i CSGAG modyfikowane proteoglikany rozpoczynają się najpierw od konsensusowego motywu Ser-Gly/Ala-X-Gly w białku rdzeniowym. Budowa łącznika tetrasacharydowego składającego się z -GlcAβ1-3Galβ1-3Galβ1-4Xylβ1-O-(Ser)-, gdzie transferaza ksylosylowa, β4-galaktozylotransferaza (GalTI),β3-galaktozylotransferaza (GalT-II) i β3-GlcA-transferaza (GlcAT-I) przenoszą cztery monosacharydy, rozpoczyna syntezę białka modyfikowanego GAG. Pierwsza modyfikacja tetrasacharydowego linkera decyduje o tym, czy zostaną dodane HSGAG czy CSGAG. Dodanie GlcNAc promuje dodanie HSGAGs, podczas gdy dodanie GalNAc do linkera tetrasacharydowego promuje rozwój CSGAGs. GlcNAcT-I przenosi GlcNAc na linker tetrasacharydowy, co różni ją od glikozylotransferazy GlcNAcT-II, enzymu, który jest wykorzystywany do budowy HSGAG. Wykazano, że EXTL2 i EXTL3, dwa geny z rodziny supresorów nowotworów EXT, posiadają aktywność GlcNAcT-I. Odwrotnie, GalNAc jest przenoszony do łącznika przez enzym GalNAcT, aby zainicjować syntezę CSGAGs, enzym, który może lub nie może mieć odrębną aktywność w porównaniu z aktywnością transferazy GalNAc syntazy chondroityny.
W odniesieniu do HSGAGs, multimeryczny enzym kodowany przez EXT1 i EXT2 rodziny EXT genów, przenosi zarówno GlcNAc i GlcA do wydłużania łańcucha HSGAGs. Podczas wydłużania, HSGAG jest dynamicznie modyfikowany, najpierw przez N-deacetylazę, N-sulfotransferazę (NDST1), która jest dwufunkcyjnym enzymem rozszczepiającym grupę N-acetylową od GlcNAc, a następnie siarczkującym pozycję N. Następnie epimeraza C-5 uronylowa przekształca d-GlcA w l-IdoA, po czym następuje 2-O sulfacja cukru kwasu uronowego przez 2-O sulfotransferazę (2-O-sulfotransferaza siarczanu heparanu). Wreszcie, pozycje 6-O i 3-O cząsteczek GlcNAc są sulfatowane przez sulfotransferazy 6-O (6-O-sulfotransferaza siarczanu heparanu) i 3-O (3-OST).
Siarczan chondroityny i siarczan dermatanu, które obejmują CSGAGs, różnią się od siebie obecnością epimerów GlcA i IdoA, odpowiednio. Podobnie jak w przypadku produkcji HSGAG, epimeraza C-5 uronylowa przekształca d-GlcA do l-IdoA w celu syntezy siarczanu dermatanu. W łańcuchach CSGAG zachodzą trzy procesy sulfatacji: 4-O i/lub 6-O sulfacja GalNAc oraz 2-O sulfacja kwasu uronowego. Cztery izoformy sulfotransferaz 4-O GalNAc (C4ST-1, C4ST-2, C4ST-3 i D4ST-1) i trzy izoformy sulfotransferaz 6-O GalNAc (C6ST, C6ST-2 i GalNAc4S-6ST) są odpowiedzialne za sulfatację GalNAc.
Typy siarczanowe keratanuEdit
W przeciwieństwie do HSGAG i CSGAG, trzecia klasa GAG, te należące do typów siarczanowych keratanu, są napędzane w kierunku biosyntezy przez określone motywy sekwencji białkowych. Na przykład, w rogówce i chrząstce, domena siarczanu keratanu aggrecan składa się z serii tandemowo powtarzających się heksapeptydów o konsensusie sekwencji E(E/L)PFPS. Dodatkowo, dla trzech innych proteoglikanów siarczanowych, lumikanu, keratokanu i mimekanu (OGN), ustalono, że sekwencja konsensusowa NX(T/S) wraz ze strukturą drugorzędową białka jest zaangażowana w wydłużanie N-związanych oligosacharydów z siarczanem keratanu. Wydłużanie siarczanu keratanu rozpoczyna się na nieredukujących końcach trzech wiązań oligosacharydów, które definiują trzy klasy siarczanu keratanu. Siarczan keratanu I (KSI) jest N -linkowany przez prekursorowy oligosacharyd o wysokiej zawartości mannozy. Siarczan keratanu II (KSII) i siarczan keratanu III (KSIII) są O-linkowane, przy czym wiązania KSII są identyczne jak w strukturze rdzenia mucyny, a KSIII jest związany z 2-O mannozą. Wydłużenie polimeru siarczanu keratanu zachodzi poprzez addycję Gal i GlcNAc przez glikozylotransferazy. Addycja galaktozy zachodzi głównie poprzez enzym β-1,4-galaktozylotransferazę (β4Gal-T1), podczas gdy enzymy odpowiedzialne za β-3-Nacetyloglukozaminę nie zostały jednoznacznie zidentyfikowane. Wreszcie, sulfacja polimeru zachodzi w pozycji 6 obu reszt cukrowych. Enzym KS-Gal6ST (CHST1) przenosi grupy siarczanowe na galaktozę, podczas gdy N-acetyloglukozaminyl-6-sulfotransferaza (GlcNAc6ST) (CHST2) przenosi grupy siarczanowe na terminalny GlcNAc w siarczanie keratanu.
Kwas hialuronowyEdit
Czwarta klasa GAG, kwas hialuronowy, nie jest sulfatowany i jest syntetyzowany przez trzy transmembranowe białka syntazy HAS1, HAS2 i HAS3. HA, liniowy polisacharyd, składa się z powtarzających się jednostek disacharydowych →4)GlcAβ(1→3)GlcNAcβ(1→ i ma bardzo wysoką masę cząsteczkową, wahającą się od 105 do 107 Da. Każdy enzym HAS jest zdolny do transglikozylacji po dostarczeniu UDP-GlcA i UDP-GlcNAc. HAS2 jest odpowiedzialny za bardzo duże polimery kwasu hialuronowego, podczas gdy mniejsze rozmiary HA są syntetyzowane przez HAS1 i HAS3. Podczas gdy każda izoforma HAS katalizuje tę samą reakcję biosyntezy, każda z nich jest niezależnie aktywna. Wykazano również, że izoformy HAS mają różne wartości Km dla UDP-GlcA i UDPGlcNAc. Uważa się, że poprzez różnice w aktywności enzymatycznej i ekspresji, szerokie spektrum funkcji biologicznych, w których pośredniczy HA, może być regulowane, np. jego udział w regulacji neuronalnych komórek macierzystych w strefie podwsierdziowej mózgu.