Введение

Макромолекула Сульфат гепарана (HS) - линейный полисахарид, обнаруженный во всех тканях животных. Он представлен в виде протеогликана (HSPG, т. е. гепароновый сульфатный протеогликан), в котором две или три цепи HS прикреплены в непосредственной близости к поверхности клетки или белкам внеклеточного матрикса. В этой форме HS связывается с различными белковыми лигандами, включая Wnt, и метастазирует опухоль. Было также показано, что HS служит клеточным рецептором для ряда вирусов, включая респираторно-синцитиальный вирус. Одно исследование предполагает, что клеточный гепарансульфат играет роль в инфекции SARS CoV 2, особенно когда вирус присоединяется к ACE2.

Протеогликаны

Основными HSPG клеточной мембраны являются трансмембранные синдеканы и глипиканы, закрепленные в гликозилфосфатидиллинозитоле (GPI). и V3 изоформы CD44, присутствующей на кератиноцитах и активированных моноцитах. В внеклеточной матрице, особенно в подвальных мембранах и фрактонах, многодоменные белки перлекана, агрина и коллагена XVIII являются основными видами, несущими HS.

Структура и отличия от гепарина

Гепаран сульфат является членом семейства углеводов гликозаминогликанов (GAG) и очень тесно связан по структуре с гепарином. Оба содержат переменную сульфацию повторяющейся дисахаридной единицы. Основные дисахариды, содержащиеся в гепарановом сульфате и гепарине, приведены ниже. Наиболее распространенная дисахаридная единица в гепарановом сульфате состоит из глюкуроновой кислоты (GlcA), связанной с N ацетилглюкозамином (GlcNAc), обычно составляя около 50% от общего количества дисахаридных единиц. Сравните это с гепарином, где IdoA(2S) GlcNS(6S) составляет 85% гепаринов из говяжьего легкого и около 75% из слизистой оболочки кишечника свиней. Проблемы возникают при определении гибридных ГАГ, которые содержат как структуры "подобные гепарину", так и "подобные ГС". Было предложено, чтобы GAG считался гепарином только в том случае, если его содержание N-сульфатных групп значительно превышает содержание N-ацетилных групп, а концентрация O-сульфатных групп превышает концентрацию N-сульфата. В противном случае, он должен быть классифицирован как HS. Ниже не показаны редкие дисахариды, содержащие 3O сульфатированную глюкозаминную группу (GlcNS(3S,6S) или свободную аминовую группу (GlcNH3+). В физиологических условиях эфирные и амидсульфатные группы депротонируются и привлекают положительно заряженные контереоны для образования соли. Считается, что именно в этой форме у клетки на поверхности присутствует СГ.

Биосинтез

Многие различные типы клеток производят цепи HS с различными первичными структурами. Поэтому существует большая изменчивость в способе синтеза цепей HS, что приводит к структурному разнообразию, охваченному термином "гепараном", который определяет весь спектр первичных структур, производимых конкретной клеткой, тканью или организмом. Однако для образования СС независимо от первичной последовательности необходим ряд биосинтетических ферментов. Эти ферменты состоят из множественных гликозильтрансфераз, сульфотрансфераз и эпимеразы. Эти же ферменты также синтезируют гепарин. В 1980-х годах Джеффри Эско первым изолировал и охарактеризовал мутации клеток животных, измененные в сборке сульфата гепарана. Многие из этих ферментов были очищены, молекулярно клонированы и изучены их модели экспрессии. Из этой и ранней работы по фундаментальным стадиям биосинтеза HS/гепарина с использованием системы без клеток мастоцитомы мыши многое известно о порядке ферментных реакций и специфике.

Запуск цепочки

Синтез HS начинается с передачи ксилозы из UDP ксилозы ксилоцилтрансферазой (XT) в специфические серинные остатки в белковом ядре. Присоединение двух остатков галактозы (Gal) галактозильтрансферазами I и II (GalTI и GalTII) и глюкуроновой кислоты (GlcA) глюкуронозильтрансферазой I (GlcATI) завершает образование тетрасахаридного праймера O, связанного с серином основного белка: βGlcUA (1→3) βGal (1→3) βGal (1→4) βXyl O Ser. Пути биосинтеза HS/гепарина или хондроитинсульфата (CS) и дерматансульфата (DS) расходятся после образования этой общей тетрасахаридной структуры связей. Следующий фермент, GlcNAcT I или GalNAcT I, направляет синтез, соответственно, либо к HS/гепарину, либо к CS/DS. Считается, что присоединение ксилозы к белку ядра происходит в эндоплазматическом сетчатке (ЭР), а дальнейшее сборка области связывания и остальной части цепи происходит в аппарате Голги. Мутации в локусе гена EXT1 3 у человека приводят к невозможности клеток продуцировать СГ и к развитию болезни Мультиплевые наследственные экзостозы (МГЭ). Для МГЭ характерны опухоли, закрывающиеся хрящевой тканью, известные как остеохондромы или экзостозы, которые развиваются в основном на длинных костях пораженных лиц с раннего детства до полового созревания.

Модификация цепи

Как полимеризирующийся цепь HS, он подвергается серии модификационных реакций, выполняемых четырьмя классами сульфотрансфераз и эпимеразой. Наличие сульфатного донора PAPS имеет решающее значение для активности сульфотрансфераз.

N-деацетилация/N-сульфация

Первая модификация полимера - это N-дезацетилирование/N-сульфация остатков GlcNAc в GlcNS. Это является необходимым условием для всех последующих модификационных реакций, и осуществляется одним или несколькими членами семейства из четырех GlcNAc N deacetylase/N sulfotransferase ферментов (NDSTs). В ранних исследованиях было показано, что модифицирующие ферменты могут распознавать и воздействовать на любой ацетилированный остаток N в формирующем полимере. Поэтому модификация остатков GlcNAc должна происходить случайным образом по всей цепи. Однако в HS сульфатированные остатки N в основном группируются вместе и разделяются областями ацетилирования N, где GlcNAc остается неизмененным. Существует четыре изоформы NDST (NDST14). Как активность N-дезацетилазы, так и N-сульфотрансферазы присутствуют во всех изоформах NDST, но они существенно различаются по своей ферментативной активности.

Производство GlcNH2

В связи с тем, что N-дезацетилаза и N-сульфотрансфераза осуществляются одним и тем же ферментом, сульфация N обычно тесно связана с ацетилированием N. В гепарине и некоторых видах HS были обнаружены остатки GlcNH2, возникающие в результате очевидного разъединения двух видов активности.

Эпимеризация и 2-О-сульфация

Эпимеризацию катализирует один фермент, GlcA C5 эпимераза или гепарозан N сульфат глюкуронат 5 эпимераза. Для распознавания субстрата требуется, чтобы остаток GlcN, связанный с нередуцирующей стороной потенциальной мишени GlcA, был сульфатирован на N. Уронозил 2O сульфотрансфераза (2OST) сульфатирует полученные остатки IdoA.

6-О-сульфация

Были выявлены три глюкозаминил-6О-трансферазы (6ОСТ), которые приводят к образованию GlcNS(6S) рядом с сульфатированным или несульфатированным IdoA. GlcNAc ((6S) также содержится в зрелых цепях HS.

3-О-сульфация

В настоящее время известно, что у млекопитающих существует семь глюкозаминил-3О сульфотрансфераз (3ОСТ, HS3ST) (восемь у рыбы-зебры). Энзимы 3OST создают ряд возможных 3-осульфатированных дисахаридов, включая GlcA GlcNS ((3S±6S) (модифицированный HS3ST1 и HS3ST5), IdoA ((2S) GlcNH2 ((3S±6S) ((модифицированный HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST5 и HS3ST6) и GlcA/IdoA ((2S) GlcNS ((3S) (модифицированный HS3ST2 и HS3ST4). Как и все другие сульфотрансферазы HS, 3OST используют 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфат (PAPS) в качестве сульфатного донора. Несмотря на то, что 3OST являются крупнейшим семейством ферментов модификации СС, они производят самую редкую модификацию СС, 3-оксидную сульфацию специфических остатков глюкозамина в C3OH-части. 3ОСТ делятся на две функциональные подкатегории: те, которые генерируют антитромбин III связывающий сайт (HS3ST1 и HS3ST5), и те, которые генерируют герпесосимплекс вирус 1 гликопротеин D (HSV 1 gD) связывающий сайт (HS3ST2, HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST4, HS3ST5 и HS3ST6). Поскольку 3OST являются крупнейшим семейством ферментов модификации HS, а их действия ограничивают скорость, специфичны для субстрата и производят редкие модификации, было выдвинуто предположение, что модифицированный 3OST HS играет важную регуляторную роль в биологических процессах.

Связывание лигандов

Гепаран сульфат связывается с большим количеством внеклеточных белков. Их часто называют "интерактомой гепарина" или "белковыми связующими гепарина", потому что они изолированы с помощью аффинной хроматографии на связанном с ними полисахаридном гепарине, хотя термин "интерактомой сульфата гепарана" более правильный. Функции белков, связывающих гепаран сульфат, варьируются от компонентов внеклеточного матрикса, до ферментов и факторов свертывания, и большинства факторов роста, цитокинов, химиокинов и морфогенов Лаборатория Митчелла Хо в NCI выделила моноклональное антитело HS20 человека с высоким аффинностью к гепаран сульфату путем фагового дисплея. Антитело связывает серафан гепарана, а не сульфат хондроитина.

Интерферон-γ

Область связывания интерферона γ с рецептором на поверхности клетки перекрывается с областью связывания HS, расположенной вблизи C- терминала белка. Связывание HS блокирует место связывания с рецептором, и в результате, белковые комплексы HS неактивны.

Не знаю.

Glypican 3 (GPC3) взаимодействует как с Wnt, так и с Frizzled, образуя комплекс и запуская передачу сигналов вниз по потоку. Поскольку гепарановый сульфат расщепляется в хронических ранах гепараназой, аналоги связываются только с местами, где отсутствует природный гепарановый сульфат, и, таким образом, устойчивы к разложению ферментов. Кроме того, функция аналогов гепаран- сульфата такая же, как и гепаран- сульфата, защищая различные белковые лиганды, такие как факторы роста и цитокины. Удерживая их на месте, ткань может использовать различные белковые лиганды для пролиферации.

Сопутствующие условия

Наследственные множественные экзостозы (также известные как множественные наследственные экзостозы или множественные остеохондромы) - это наследственное заболевание с мутациями в генах EXT1 и EXT2, которые влияют на биосинтез сульфата гепарана.