Войти
О-связанное гликозилирование - это присоединение молекулы сахара к атом кислорода остатков серина (Ser) или треонина (Thr) в белке. О-гликозилирование представляет собой посттрансляционную модификацию, которая происходит после того, как белок был синтезирован. У эукариот он встречается в эндоплазматическом ретикулуме, аппарате Гольджи и иногда в цитоплазме ; у прокариот он находится в цитоплазме. К серину или треонину можно добавить несколько разных сахаров, и они по-разному влияют на белок, изменяя стабильность белка и регулируя активность белка. О-гликаны, представляющие собой сахара, добавленные к серину или треонину, выполняют множество функций по всему телу, включая перемещение клеток в иммунной системе, позволяя распознавать чужеродный материал, контролируя метаболизм клеток и обеспечивая хрящ и гибкость сухожилий. Из-за множества функций, которые они выполняют, изменения в О-гликозилировании важны при многих заболеваниях, включая рак, диабет и болезнь Альцгеймера. О-гликозилирование происходит во всех сферах жизни, включая эукариот, архей и ряд патогенных бактерий, включая Burkholderia cenocepacia, Neisseria gonorrhoeae и Acinetobacter baumannii.
Общие ядерные структуры O-GalNAc; Ядро 1, Ядро 2 и структуры поли-N-ацетиллактозамина. Добавление N-ацетилгалактозамина (GalNAc) к серину или треонину происходит в аппарате Гольджи после белка был свернут. Процесс осуществляется ферментами, известными как GalNAc трансферазы (GALNT), которых существует 20 различных типов. Первоначальная структура O-GalNAc может быть изменена путем добавления других сахаров или других соединений, таких как метильные и ацетильные группы. Эти модификации производят 8 известных на сегодняшний день ядерных структур. В разных клетках есть разные ферменты, которые могут добавлять другие сахара, известные как гликозилтрансферазы, и поэтому структуры меняются от клетки к клетке. Обычные добавленные сахара включают галактозу, N-ацетилглюкозамин, фукозу и сиаловую кислоту. Эти сахара также можно модифицировать путем добавления сульфатов или ацетильных групп.
N-ацетилгалактозамин (GalNAc) может быть добавлен к H-антигену с образованием A-антигена. Галактоза (Gal) может быть добавлена для образования B-антигена. GalNAc добавляется к остатку серина или треонина из молекулы-предшественника за счет активности GalNAc фермент трансфераза. Этот прекурсор необходим для транспортировки сахара туда, где он будет добавлен к белку. Конкретный остаток, к которому будет присоединен GalNAc, не определен, потому что существует множество ферментов, которые могут добавлять сахар, и каждый из них будет отдавать предпочтение различным остаткам. Однако часто рядом с треонином или серином присутствуют остатки пролина (Pro).
После добавления этого начального сахара другие гликозилтрансферазы могут катализировать добавление дополнительных сахаров. Две из наиболее часто образующихся структур - это Core 1 и Core 2. Ядро 1 формируется добавлением галактозного сахара к исходному GalNAc. Ядро 2 состоит из структуры Ядра 1 с дополнительным сахаром N-ацетилглюкозамина (GlcNAc). Структура поли-N-ацетиллактозамина может быть сформирована путем попеременного добавления сахаров GlcNAc и галактозы к сахару GalNAc.
Конечные сахара на O-гликанах важны для распознавания лектинов и играют ключевую роль в иммунной системе. Добавление сахаров фукозы фукозилтрансферазами формирует эпитопы Льюиса и каркас для детерминант группы крови. Добавление только фукозы создает H-антиген, присутствующий у людей с группой крови O. При добавлении галактозы к этой структуре создается B-антиген группы крови B. В качестве альтернативы добавление сахара GalNAc создаст A-антиген для группы крови A.
PSGL-1 имеет несколько O-гликанов, чтобы отодвинуть лиганд от поверхности клетки. Эпитоп sLe позволяет взаимодействовать с рецептором для локализации лейкоцитов. O-GalNAc сахара важны во множестве процессов, включая циркуляцию лейкоцитов во время иммунного ответа, оплодотворения, и защита от вторжения микробов.
O-GalNAc сахара являются обычными для мембранных гликопротеинов, где они помогают увеличить жесткость области, близкой к мембране, так что белок распространяется от поверхности. Например, рецептор липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) проецируется с поверхности клетки областью, ригидизированной О-гликанами.
Чтобы лейкоциты иммунной системы переместились в инфицированные клетки, они должны взаимодействуют с этими клетками через рецепторы. Лейкоциты экспрессируют лиганды на своей клеточной поверхности, чтобы это взаимодействие могло происходить. Лиганд-1 гликопротеина P-селектина (PSGL-1) является таким лигандом и содержит много O-гликанов, необходимых для его функции. О-гликаны рядом с мембраной поддерживают удлиненную структуру, и конечный эпитоп sLe необходим для взаимодействия с рецептором.
Муцины представляют собой группу сильно O-гликозилированных белков, выстилающих желудочно-кишечный тракт и дыхательные пути для защиты этих областей. от инфекции. Муцины заряжены отрицательно, что позволяет им взаимодействовать с водой и предотвращать ее испарение. Это важно с точки зрения их защитной функции, так как смазывает пути, чтобы бактерии не могли связываться и инфицировать организм. Изменения муцинов важны при многих заболеваниях, включая рак и воспалительное заболевание кишечника. Отсутствие О-гликанов в белках муцина резко меняет их трехмерную форму и часто препятствует правильному функционированию.
Добавление N-ацетилглюкозамина (O-GlcNAc) к остаткам серина и треонина обычно происходит на цитоплазматических и ядерных белках, которые остаются в клетке, тогда как модификации O-GalNAc обычно происходят на белках, которые будут секретироваться. Модификация была обнаружена совсем недавно, но количество белков с ней быстро растет. Это первый пример гликозилирования, которое не происходит в секреторных белках.
O-GlcNAc добавляется к белку трансферазой O-GlcNAc и удаляется O-GlcNAcase в непрерывном цикле. O-GlcNAcylation отличается от других процессов O-гликозилирования, потому что обычно к белку не добавляются сахара. структура ядра и потому, что сахар может быть присоединен или удален из белка несколько раз. Это добавление и удаление происходит циклически и осуществляется двумя очень специфическими ферментами. O-GlcNAc добавляется O-GlcNAc трансферазой (OGT) и удаляется O-GlcNAcase (OGA). Поскольку существует только два фермента, которые влияют на эту конкретную модификацию, они очень жестко регулируются и зависят от множества других факторов.
Поскольку O-GlcNAc можно добавлять и удалять, это известно как динамическая модификация и имеет много общего с фосфорилированием. O-GlcNAцилирование и фосфорилирование могут происходить на одних и тех же остатках треонина и серина, что свидетельствует о сложной взаимосвязи между этими модификациями, которые могут влиять на многие функции клетки. Модификация влияет на такие процессы, как реакция клеток на клеточный стресс, клеточный цикл, стабильность белков и обмен белков. Это может быть связано с нейродегенеративными заболеваниями, такими как Паркинсона и поздним началом Альцгеймера, и было обнаружено, что он играет роль в диабете.
Кроме того, O-GlcNAcylation может усиливать Эффект Варбурга, который определяется как изменение, которое происходит в метаболизме раковых клеток, чтобы способствовать их росту. Поскольку как O-GlcNAcylation, так и фосфорилирование могут влиять на конкретные остатки и, следовательно, оба имеют важные функции в регулировании сигнальных путей, оба этих процесса представляют собой интересные мишени для исследований рака.
Сахара O-маннозы, присоединенные к остаткам серина и треонина на α-дистрогликане, разделяют два домена белка. Добавление рибитол-П, ксилозы и глюкуроновой кислоты образует длинный сахар, который может стабилизировать взаимодействие с базальной мембраной. О-маннозилирование включает перенос маннозы от донора долихол-П-маннозы молекула на остаток серина или треонина белка. В большинстве других процессов O-гликозилирования в качестве молекулы-донора используется нуклеотид сахара. Еще одно отличие от других O-гликозилирований состоит в том, что процесс инициируется в эндоплазматическом ретикулуме клетки, а не в аппарате Гольджи. Однако дальнейшее добавление сахаров происходит в Гольджи.
До недавнего времени считалось, что этот процесс ограничен грибами, однако он происходит во всех сферах жизни; эукариоты, (eu) бактерии и археи (bacteri) a. Лучше всего охарактеризованный O-маннозилированный белок человека - это α-дистрогликан. Сахара O-Man разделяют два домена белка, необходимые для соединения внеклеточной и внутриклеточной областей, чтобы закрепить клетку в нужном положении. Рибитол, ксилоза и глюкуроновая кислота могут быть добавлены к этой структуре в сложной модификации, образующей длинную сахарную цепочку. Это необходимо для стабилизации взаимодействия между α-дистрогликаном и внеклеточной базальной мембраной. Без этих модификаций гликопротеин не может заякорить клетку, что приводит к врожденной мышечной дистрофии (ВМД), характеризующейся серьезными пороками развития мозга.
O-галактоза обычно обнаруживается на остатках лизина в коллагене, к которым часто добавляется гидроксильная группа с образованием гидроксилизина. Из-за этого добавления кислорода гидроксилизин затем может быть модифицирован O-гликозилированием. Добавление галактозы к гидроксильной группе инициируется в эндоплазматическом ретикулуме, но происходит преимущественно в аппарате Гольджи и только на остатках гидроксилизина в определенной последовательности.
Хотя это O-галактозилирование является необходим для правильного функционирования всех коллагенов, это особенно характерно для коллагена типов IV и V. В некоторых случаях к ядру галактозы может быть добавлен глюкозный сахар.
Добавление сахаров фукозы к остаткам серина и треонина является необычной формой О-гликозилирования, которое происходит в эндоплазматическом ретикулуме и катализируется двумя фукозилтрансферазами. Они были обнаружены у Plasmodium falciparum и Toxoplasma gondii.
Несколько различных ферментов катализируют удлинение сердцевины фукозы, что означает, что к исходной фукозе на белке могут быть добавлены различные сахара. Наряду с O-глюкозилированием, O-фукозилирование в основном обнаруживается на доменах эпидермального фактора роста (EGF), обнаруженных в белках. О-фукозилирование в доменах EGF происходит между вторым и третьим консервативными остатками цистеина в последовательности белка. После добавления О-фукозы ядро часто удлиняется за счет добавления GlcNAc, галактозы и сиаловой кислоты.
Notch представляет собой важный белок, находящийся в стадии развития, с несколькими доменами EGF, которые являются O-фукозилированными. Изменения в выработке фукозы ядра определяют, какие взаимодействия может формировать белок, и, следовательно, какие гены будут транскрибироваться во время развития. O-фукозилирование также может играть роль в распаде белков в печени.
Подобно O-фукозилированию, O-глюкозилирование является необычным O-связанным модификация, как это происходит в эндоплазматическом ретикулуме, катализируемая O-глюкозилтрансферазами, а также требует определенной последовательности для добавления к белку. O-глюкоза часто присоединяется к остаткам серина между первым и вторым консервативными остатками цистеина доменов EGF, например, в факторах свертывания крови VII и IX. О-глюкозилирование также необходимо для правильной укладки EGF-доменов в белке Notch.
Структуры гепарансульфата и кератансульфата, образованные добавлением ксилозы или сахаров GalNAc, соответственно, на остатки серина и треонина белков. Протеогликаны состоят из белка с одной или несколькими боковыми цепями сахара, известного как гликозаминогликаны (ГАГ), присоединенного к кислороду остатков серина и треонина. ГАГ состоят из длинных цепочек повторяющихся сахарных единиц. Протеогликаны обычно находятся на поверхности клеток и во внеклеточном матриксе (ECM), и они важны для прочности и гибкости хрящей и сухожилий. Отсутствие протеогликанов связано с сердечной и дыхательной недостаточностью, дефектами развития скелета и увеличением метастазов опухоли.
Существуют разные типы протеогликанов, в зависимости от сахара, который связан с атомом кислорода остатка в белке. Например, GAG гепарансульфат присоединен к белку-сериновому остатку через ксилозу сахара. Структура расширена за счет добавления нескольких повторяющихся сахарных единиц N-ацетиллактозамина к ксилозе. Этот процесс необычен и требует специфических ксилозилтрансфераз. Кератансульфат присоединяется к остатку серина или треонина через GalNAc и дополняется двумя сахарами галактозы, за которыми следуют повторяющиеся единицы глюкуроновой кислоты (GlcA) и GlcNAc. Кератансульфат типа II особенно распространен в хрящах.
Структура церамида, галактозилцерамида и глюкозилцерамида. Галактоза или сахара глюкозы могут быть присоединены к гидроксильной группе церамида липиды в другой форме O-гликозилирования, так как это не происходит на белках. Это формирует гликосфинголипиды, которые важны для локализации рецепторов в мембранах. Неправильное расщепление этих липидов приводит к группе заболеваний, известных как сфинголипидозы, которые часто характеризуются нейродегенерацией и нарушениями развития.
Поскольку к церамидному липиду могут быть добавлены и галактоза, и сахар глюкозы, мы имеем две группы гликосфинголипидов. Галактофинголипиды, как правило, очень просты по структуре, и ядро галактозы обычно не модифицируется. Однако глюкосфинголипиды часто модифицируются и могут стать намного более сложными.
Биосинтез галакто- и глюкосфинголипидов происходит по-разному. Глюкоза добавляется к церамиду из его предшественника в эндоплазматическом ретикулуме до того, как в аппарате Гольджи произойдут дальнейшие модификации. Галактоза, с другой стороны, добавляется к церамиду уже в аппарате Гольджи, где образующийся галактофинголипид часто сульфатируется добавлением сульфатных групп.
Один из первых и единственных примеров О-гликозилирования тирозина, а не остатков серина или треонина, представляет собой добавление глюкозы к остатку тирозина в гликогенине. Гликогенин - это гликозилтрансфераза, которая инициирует превращение глюкозы в гликоген, присутствующий в клетках мышц и печени.
Все формы O-гликозилирования широко распространены по всему телу и играют важную роль в многие клеточные функции.
Эпитопы Льюиса важны для определения групп крови и позволяют генерировать иммунный ответ, если мы обнаруживаем чужеродные органы. Понимание их важно для трансплантатов органов.
Шарнирные области иммуноглобулинов содержат сильно O-гликозилированные области между отдельными доменами для поддержания их структуры, обеспечения взаимодействия с чужеродными антигенами и защиты области от протеолитического расщепления.
На болезнь Альцгеймера может влиять O-гликозилирование. Тау, белок, который накапливается, вызывая нейродегенерацию при болезни Альцгеймера, содержит модификации O-GlcNAc, которые могут быть вовлечены в прогрессирование заболевания.
Изменения в O-гликозилировании чрезвычайно распространены при раке. О-гликановые структуры, и особенно терминальные эпитопы Льюиса, важны для того, чтобы опухолевые клетки могли проникать в новые ткани во время метастазирования. Понимание этих изменений в O-гликозилировании раковых клеток может привести к новым диагностическим подходам и терапевтическим возможностям.
