Гликан

редактировать

Термины гликан и полисахарид определены в IUPAC как синонимы, означающие «соединения, состоящие из большого числа моносахаридов, связанных гликозидно». Однако на практике термин гликан также может использоваться для обозначения углеводной части гликоконъюгата, такой как гликопротеин, гликолипид или протеогликан, даже если углевод представляет собой только олигосахарид. Гликаны обычно состоят исключительно из O-гликозидных связей моносахаридов. Например, целлюлоза представляет собой гликан (или, точнее, глюкан ), состоящий из β-1,4-связанной D -глюкозы, а хитин представляет собой гликан, состоящий из β-1,4-связанный N-ацетил- D -глюкозамин. Гликаны могут быть гомо- или гетерополимерами моносахаридных остатков и могут быть линейными или разветвленными.

Содержание

  • 1 Гликаны и белки
    • 1.1 N-связанные гликаны
      • 1.1.1 Введение
      • 1.1.2 Сборка
      • 1.1.3 Обработка, модификация и разнообразие
      • 1.1. 4 Функции и важность
    • 1.2 О-связанные гликаны
      • 1.2.1 Введение
      • 1.2.2 Сборка
      • 1.2.3 Функции и важность
    • 1.3 Гликозаминогликаны
  • 2 Гликозаминогликаны
  • 3 Гликаны и липиды
  • 4 GPI-якоря
  • 5 См. также
  • 6 Инструменты, используемые для исследования гликанов
    • 6.1 Масс-спектрометрия с высоким разрешением (МС) и высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)
    • 6.2 Множественные мониторинг реакций (MRM)
    • 6.3 Массивы
    • 6.4 Метаболическое и ковалентное мечение гликанов
    • 6.5 Инструменты для гликопротеинов
  • 7 Ресурсы
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Гликаны и белки

Гликаны могут быть обнаружены прикрепленными к белкам, как гликопротеины и протеогликаны. Как правило, они находятся на внешней поверхности клеток. O- и N-связанные гликаны очень распространены у эукариот, но также могут быть обнаружены, хотя и реже, у прокариот.

N-связанных гликанов

Введение

N-связанные гликаны присоединены в эндоплазматическом ретикулуме к азоту (N) в боковой цепи аспарагина в секвоне. Секвон представляет собой последовательность Asn-X-Ser или Asn-X-Thr, где X представляет собой любую аминокислоту, кроме пролина, а гликан может состоять из N-ацетилгалактозамина, галактоза, нейраминовая кислота, N-ацетилглюкозамин, фукоза, манноза и другие моносахариды.

Сборка

У эукариот N-связанные гликаны происходят из ядра 14- сахарной единицы, собранной в цитоплазме и эндоплазматической ретикулум. Сначала два остатка N-ацетилглюкозамина присоединяются к монофосфату долихола, липиду, на внешней стороне мембраны эндоплазматического ретикулума. Затем к этой структуре добавляют пять остатков маннозы. В этот момент частично готовый сердцевинный гликан переворачивается через мембрану эндоплазматического ретикулума, так что теперь он находится внутри ретикулярного просвета. Затем сборка продолжается в эндоплазматическом ретикулуме с добавлением еще четырех остатков маннозы. Наконец, к этой структуре добавляются три остатка глюкозы. После полной сборки гликан переносится блоком гликозилтрансферазой олигосахарилтрансферазой в формирующуюся пептидную цепь внутри ретикулярной полости. Эта структура ядра N-связанных гликанов, таким образом, состоит из 14 остатков (3 глюкозы, 9 маннозы и 2 N-ацетилглюкозамина).

Изображение: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.figgrp.469

Темные квадраты - N-ацетилглюкозамин; светлые круги маннозные; темные треугольники - глюкоза.

Процессинг, модификация и разнообразие

После переноса в формирующуюся пептидную цепь N-связанные гликаны, как правило, подвергаются обширным реакциям процессинга, в результате чего удаляются три остатка глюкозы, а также несколько остатков маннозы в зависимости от рассматриваемого N-связанного гликана. Удаление остатков глюкозы зависит от правильной укладки белка. Эти реакции обработки происходят в аппарате Гольджи. Реакции модификации могут включать добавление фосфатной или ацетильной группы к сахарам или добавление новых сахаров, таких как нейраминовая кислота. Обработка и модификация N-связанных гликанов внутри Гольджи не идет по линейному пути. В результате возможно множество различных вариантов структуры N-связанного гликана, в зависимости от активности фермента в Гольджи.

Функции и важность

N-связанные гликаны чрезвычайно важны для правильного сворачивания белка в эукариотических клетках. Белки шаперона в эндоплазматическом ретикулуме, такие как калнексин и кальретикулин, связываются с тремя остатками глюкозы, присутствующими на ядерном N-связанном гликане. Эти белки-шапероны затем служат для помощи в сворачивании белка, к которому прикреплен гликан. После правильного сворачивания три остатка глюкозы удаляются, и гликан переходит к дальнейшим реакциям обработки. Если белок не складывается должным образом, три остатка глюкозы снова присоединяются, позволяя белку повторно связываться с шаперонами. Этот цикл может повторяться несколько раз, пока белок не достигнет правильной конформации. Если белок повторно не укладывается должным образом, он выводится из эндоплазматического ретикулума и разрушается цитоплазматическими протеазами.

N-связанные гликаны также способствуют укладке белков за счет стерических эффектов. Например, остатки цистеина в пептиде могут быть временно заблокированы от образования дисульфидных связей с другими остатками цистеина из-за размера ближайшего гликана. Следовательно, присутствие N-связанного гликана позволяет клетке контролировать, какие остатки цистеина будут образовывать дисульфидные связи.

N-связанные гликаны также играют важную роль во взаимодействиях между клетками. Например, опухолевые клетки вырабатывают аномальные N-связанные гликаны. Они распознаются рецептором CD337 на естественных киллерных клетках как признак того, что рассматриваемая клетка является злокачественной.

Внутри иммунной системы N-связанные гликаны на поверхности иммунной клетки помогают определять этот паттерн миграции клетки, например иммунные клетки, которые мигрируют в кожу, имеют специфические гликозилирования, которые способствуют перемещению в этот участок. Паттерны гликозилирования различных иммуноглобулинов, включая IgE, IgM, IgD, IgE, IgA и IgG, наделяют их уникальными эффекторными функциями, изменяя их сродство к Fc и другим иммунным рецепторам. Гликаны также могут участвовать в «само» и «несамо» дискриминации, что может иметь отношение к патофизиологии различных аутоиммунных заболеваний; включая ревматоидный артрит и диабет типа 1.

Нацеливание на деградирующие лизосомальные ферменты также осуществляется с помощью N-связанных гликанов. Модификация N-связанного гликана остатком маннозо-6-фосфат служит сигналом того, что белок, к которому присоединен этот гликан, должен быть перемещен в лизосому. Это распознавание и транспортировка лизосомных ферментов за счет присутствия маннозо-6-фосфата осуществляется двумя белками: CI-MPR (катион-независимый маннозо-6-фосфатный рецептор ) и CD-MPR (катион-зависимый маннозо-6-фосфатный рецептор).

О-связанные гликаны

Введение

У эукариот О-связанные гликаны собираются по одному сахару на серине или остаток треонина пептидной цепи в аппарате Гольджи. В отличие от N-связанных гликанов, пока нет известной согласованной последовательности. Однако размещение остатка пролина на уровне -1 или +3 относительно серина или треонина является благоприятным для О-связанного гликозилирования.

Сборка

Первым моносахаридом, присоединенным при синтезе О-связанных гликанов, является N-ацетилгалактозамин. После этого возможны несколько различных путей. Структура Ядра 1 создается добавлением галактозы. Структура Core 2 создается добавлением N-ацетилглюкозамина к N-ацетилгалактозаминам структуры Core 1. Структуры ядра 3 образуются путем добавления одного N-ацетилглюкозамина к исходному N-ацетилгалактозамина. Структуры Core 4 образуются путем добавления второго N-ацетилглюкозамина к структуре Core 3. Возможны другие основные структуры, хотя и менее распространенные.

Изображения:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.figgrp.561 : поколения Core 1 и Core 2. Белый квадрат = N-ацетилгалактозамин; черный кружок = галактоза; Черный квадрат = N-ацетилглюкозамин. Примечание: на этой диаграмме есть ошибка. Нижний квадрат на каждом изображении всегда должен быть белым, а не черным.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.figgrp.562 : поколения Core 3 и Core 4.

Общая структурная тема в O-связанных гликанах - это добавление единиц к различным структурам ядра. Они образуются в результате повторяющегося добавления звеньев галактозы и N-ацетилглюкозамина. Цепи полилактозамина на O-связанных гликанах часто блокируются добавлением остатка сиаловой кислоты (аналогично нейраминовой кислоте). Если остаток фукозы также добавлен к следующему за предпоследним остатком, образуется структура Sialyl-Lewis X (SLex).

Функции и важность

Sialyl lewis x важна для определения антигена в крови ABO.

SLex также важен для правильного иммунного ответа. Высвобождение P- селектина из телец Вейбеля-Палада на эндотелиальных клетках кровеносных сосудов может быть вызвано рядом факторов. Одним из таких факторов является ответ эндотелиальной клетки на определенные бактериальные молекулы, такие как пептидогликан. Р-селектин связывается со структурой SLex, которая присутствует на нейтрофилах в кровотоке, и помогает опосредовать экстравазацию этих клеток в окружающую ткань во время инфекции.

O-связанные гликаны, в частности муцин, как было обнаружено, важны для развития нормальной микрофлоры кишечника. Некоторые штаммы кишечных бактерий специфически связываются с муцином, позволяя им колонизировать кишечник.

Примерами O-связанных гликопротеинов являются:

Гликозаминогликаны

Другой тип клеточного гликана - это гликозаминогликаны. Они включают 2-аминосахара, связанные попеременно с уроновыми кислотами, и включают полимеры, такие как гепарин, гепарансульфат, хондроитин, кератан и дерматан. Некоторые гликозаминогликаны прикреплены к поверхности клетки, где они связаны через единственный ксилозильный остаток с белком (образуя гликопротеин ).

.

Glycoscience

Отчет 2012 г. из США Национальный исследовательский совет призывает к новому вниманию к гликологии, области, которая исследует структуры и функции гликанов и обещает большие успехи в таких разнообразных областях, как медицина, производство энергии и материаловедение. До сих пор гликаны не привлекали особого внимания со стороны исследовательского сообщества из-за отсутствия инструментов для исследования их зачастую сложных структур и свойств. В отчете представлена ​​дорожная карта для преобразования гликологии из области, в которой доминируют специалисты, в широко изучаемую и интегрированную дисциплину.

Гликаны и липиды

См. гликолипиды

GPI-якоря

См. гликофосфатидилинозитол

См. Также

Инструменты, используемые для исследования гликанов

Ниже приведены примеры широко используемых методов анализа гликанов:

Масс-спектрометрия с высоким разрешением (МС) и высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)

Наиболее часто применяемыми методами являются МС и ВЭЖХ, в которых гликановая часть отщепляется ферментативно или химически от целевой и подвергнутый анализу. В случае гликолипидов их можно анализировать напрямую, без разделения липидного компонента.

N-гликаны из гликопротеинов анализируют рутинно с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (обращенно-фазовая, нормальная фаза и ионообменная ВЭЖХ) после метки восстанавливающего конца сахаров флуоресцентным соединением (восстановительное мечение). В последние годы было введено большое количество различных меток, в том числе 2-аминобензамид (AB), антраниловая кислота (AA), 2-аминопиридин (PA), 2-аминоакридон (AMAC) и 3- (ацетиламино) -6-аминоакридин. (AA-Ac) - лишь некоторые из них.

O-гликаны обычно анализируются без каких-либо меток из-за условий химического высвобождения, которые не позволяют их маркировать.

Фракционированные гликаны из приборов для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) могут быть дополнительно проанализированы с помощью MALDI -TOF-MS (MS) для получения дополнительной информации о структуре и чистота. Иногда пулы гликанов анализируются непосредственно с помощью масс-спектрометрии без предварительного фракционирования, хотя различение изобарических гликановых структур является более сложной задачей или даже не всегда возможно. В любом случае, прямой MALDI -TOF-MS анализ может привести к быстрой и простой иллюстрации гликанового пула.

В последние годы высокоэффективная жидкостная хроматография в режиме онлайн в сочетании с масс-спектрометрией стала очень популярной.. Выбирая пористый графитовый углерод в качестве стационарной фазы для жидкостной хроматографии, можно анализировать даже недериватизированные гликаны. Обнаружение здесь выполняется с помощью масс-спектрометрии, но вместо MALDI -MS чаще используется ионизация электрораспылением (ESI ).

Мониторинг множественных реакций (MRM)

Хотя MRM широко используется в метаболомике и протеомике, его высокая чувствительность и линейный ответ в широком динамическом диапазоне делают его особенно подходящим для исследования и открытия гликановых биомаркеров. MRM выполняется на приборе с тройным квадруполем (QqQ), который настроен на обнаружение заранее определенного иона-предшественника в первом квадруполе, фрагментированного в квадруполе столкновений и заранее определенного фрагментированного иона в третьем квадруполе. Это метод без сканирования, в котором каждый переход обнаруживается индивидуально, а обнаружение множества переходов происходит одновременно в рабочих циклах. Этот метод используется для характеристики иммунного гликома.

Таблица 1 : Преимущества и недостатки масс-спектрометрии в анализе гликанов

ПреимуществаНедостатки
  • Применимо для небольших количеств образцов (более низкий диапазон фмоль)
  • Полезно для сложных смесей гликанов (создание дополнительных параметров анализа).
  • Стороны присоединения могут быть проанализированы тандемными MS-экспериментами (анализ гликанов по сторонам).
  • Секвенирование гликанов тандемными MS-экспериментами.
  • Деструктивный метод.
  • Необходимость правильного эксперимента.

Массивы

Массивы лектина и антител обеспечивают высокопроизводительный скрининг многих образцов, содержащих гликаны. В этом методе используются либо природные лектины, либо искусственные моноклональные антитела, где оба иммобилизованы на определенном чипе и инкубируются с образцом флуоресцентного гликопротеина.

Массивы гликанов, подобные тем, которые предлагаются Консорциумом функциональной гликомики и Z Biotech LLC, содержат углеводные соединения, которые можно скринировать с помощью лектинов или антител для определения специфичности углеводов. и идентифицировать лиганды.

Метаболическое и ковалентное мечение гликанов

Метаболическое мечение гликанов можно использовать как способ обнаружения гликановых структур. Хорошо известная стратегия включает использование сахаров, меченных азидом, которые могут реагировать с использованием лигирования Штаудингера. Этот метод использовался для визуализации гликанов in vitro и in vivo.

Инструменты для гликопротеинов

рентгеновская кристаллография и спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для полного структурного анализа сложных гликанов - сложная и сложная область. Однако структура сайта связывания множества лектинов, ферментов и других углеводсвязывающих белков выявила большое разнообразие структурных основ для функции гликома. Чистота исследуемых образцов была определена с помощью хроматографии (аффинной хроматографии и т.д.) и аналитического электрофореза (PAGE (электрофорез полиакриламида), капиллярный электрофорез, аффинный электрофорез и т.д.).

Ресурсы

Ссылки

  • Варки, Аджит; Каммингс, Ричард; Эско, Джеффри; Фриз, Хадсон; Харт, Джеральд; Март, Джейми, ред. (1999). Основы гликобиологии. Колд-Спринг-Харбор, штат Нью-Йорк: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. ISBN 978-0-87969-559-0. NBK20709.

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-21 11:23:35
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте