Heparansulfat
Viele verschiedene Zelltypen produzieren HS-Ketten mit vielen verschiedenen Primärstrukturen. Daher gibt es eine große Variabilität in der Art und Weise, wie HS-Ketten synthetisiert werden, was zu einer strukturellen Vielfalt führt, die unter dem Begriff „Heparanom“ zusammengefasst ist – der das gesamte Spektrum der Primärstrukturen definiert, die von einer bestimmten Zelle, einem bestimmten Gewebe oder einem bestimmten Organismus produziert werden. Wesentlich für die Bildung von HS unabhängig von der Primärsequenz ist jedoch eine Reihe von biosynthetischen Enzymen. Diese Enzyme bestehen aus mehreren Glykosyltransferasen, Sulfotransferasen und einer Epimerase. Dieselben Enzyme synthetisieren auch Heparin.
In den 1980er Jahren war Jeffrey Esko der erste, der tierische Zellmutanten isolierte und charakterisierte, die beim Zusammenbau von Heparansulfat verändert wurden. Viele dieser Enzyme wurden nun gereinigt, molekular kloniert und ihre Expressionsmuster untersucht. Aus diesen und frühen Arbeiten zu den grundlegenden Stadien der HS / Heparin-Biosynthese unter Verwendung eines Maus-Mastozytom-zellfreien Systems ist viel über die Reihenfolge der Enzymreaktionen und die Spezifität bekannt.
Ketteninitiierungbearbeiten
Die HS-Synthese beginnt mit dem Transfer von Xylose von UDP-Xylose durch Xylosyltransferase (XT) zu spezifischen Serinresten innerhalb des Proteinkerns. Die Anlagerung von zwei Galactose (Gal) -Resten durch Galactosyltransferasen I und II (GalTI und GalTII) und Glucuronsäure (GlcA) durch Glucuronosyltransferase I (GlcATI) vervollständigt die Bildung eines Tetrasaccharid-Primers O-verknüpft mit einem Serin des Kernproteins:
ßGlcUA-(1→3)-ßGal-(1→3)-ßGal-(1→4)-ßXyl-O- Ser.
Es wird angenommen, dass die Xylose-Bindung an das Kernprotein im endoplasmatischen Retikulum (ER) auftritt, wobei eine weitere Assemblierung der Verknüpfungsregion und des Restes der Kette im Golgi-Apparat auftritt.
Die Wege für die HS / Heparin- oder Chondroitinsulfat (CS) – und Dermatansulfat (DS) -Biosynthese divergieren nach der Bildung dieser gemeinsamen Tetrasaccharid-Verknüpfungsstruktur. Das nächste Enzym, das wirkt, GlcNAcT-I oder GalNAcT-I, leitet die Synthese entweder zu HS / Heparin bzw.
Kettenverlängerungbearbeiten
Nach Anlagerung des ersten N-Acetylglucosamin (GlcNAc)-Restes wird die Verlängerung des Tetrasaccharid-Linkers durch schrittweise Zugabe von GlcA- und GlcNAc-Resten fortgesetzt. Diese werden von ihren jeweiligen UDP-Zuckernukleotiden übertragen. Dies geschieht durch ein oder mehrere verwandte Enzyme, deren Gene Mitglieder der Exostosen (EXT) -Genfamilie von Tumorsuppressoren sind.
Mutationen an den EXT1-3-Genorten beim Menschen führen zu einer Unfähigkeit der Zellen, HS zu produzieren und zur Entwicklung der Krankheit Multiple Hereditäre Exostosen (MHE). MHE ist gekennzeichnet durch Knorpel-capped Tumoren, bekannt als Osteochondrome oder Exostosen, die entwickeln sich vor allem auf die langen Knochen der betroffenen Personen von der frühen Kindheit bis zur Pubertät.
Kettenmodifikationbearbeiten
Wenn eine HS-Kette polymerisiert, durchläuft sie eine Reihe von Modifikationsreaktionen, die von vier Klassen von Sulfotransferasen und einer Epimerase durchgeführt werden. Die Verfügbarkeit der Sulfat-Donor-PAPS ist entscheidend für die Aktivität der Sulfotransferasen.
N-Deacetylierung/N-Sulfatierungbearbeiten
Die erste Polymermodifikation ist die N-Deacetylierung/N-Sulfatierung von GlcNAc-Resten zu GlcNS. Dies ist eine Voraussetzung für alle nachfolgenden Modifikationsreaktionen und wird von einem oder mehreren Mitgliedern einer Familie von vier GlcNAc-N-Deacetylase / N-Sulfotransferase-Enzymen (NDSTs) durchgeführt. In frühen Studien wurde gezeigt, dass modifizierende Enzyme jeden N-acetylierten Rest im sich bildenden Polymer erkennen und darauf einwirken können. Daher sollte die Modifikation von GlcNAc-Resten in der gesamten Kette zufällig erfolgen. In HS werden N-sulfatierte Reste jedoch hauptsächlich gruppiert und durch Bereiche der N-Acetylierung getrennt, in denen GlcNAc unmodifiziert bleibt.
Es gibt vier Isoformen von NDST (NDST1–4). Sowohl N-Deacetylase- als auch N-Sulfotransferase-Aktivitäten sind in allen NDST-Isoformen vorhanden, unterscheiden sich jedoch signifikant in ihren enzymatischen Aktivitäten.
Erzeugung von GlcNH2Edit
Da N-Deacetylase und N-Sulfotransferase durch dasselbe Enzym durchgeführt werden, ist die N-Sulfatierung normalerweise eng an die N-Acetylierung gekoppelt. GlcNH2-Rückstände, die aus der scheinbaren Entkopplung der beiden Aktivitäten resultieren, wurden in Heparin und einigen HS-Arten gefunden.
Epimerisierung und 2-O-Sulfatierungbearbeiten
Die Epimerisierung wird durch ein Enzym katalysiert, die GlcA C5-Epimerase oder Heparosan-N-sulfat-glucuronat-5-epimerase (EC 5.1.3.17). Dieses Enzym epimerisiert GlcA zu Iduronsäure (IdoA). Die Substraterkennung erfordert, dass der GlcN-Rest, der mit der nicht reduzierenden Seite eines potenziellen GlcA-Targets verknüpft ist, N-sulfatiert wird. Uronosyl-2-O-sulfotransferase (2OST) sulfatiert die resultierenden idoa-Reste.
6-O-sulfatierungbearbeiten
Es wurden drei Glucosaminyl-6-O-Transferasen (6OSTs) identifiziert, die zur Bildung von GlcNS (6S) neben sulfatierten oder nicht sulfatierten IdoA führen. GlcNAc (6S) kommt auch in reifen HS-Ketten vor.
3-O-sulfatierungbearbeiten
Derzeit sind sieben Glucosaminyl-3-O-Sulfotransferasen (3OSTs, HS3STs) bei Säugetieren bekannt (acht bei Zebrafischen). Die 3OST-Enzyme erzeugen eine Reihe möglicher 3-O-sulfatierter Disaccharide, einschließlich GlcA-GlcNS (3S ± 6S) (modifiziert durch HS3ST1 und HS3ST5), IdoA (2S) -GlcNH2 (3S ± 6S) (modifiziert durch HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST5 und HS3ST6) und GlcA / IdoA (2S) -GlcNS (3S) (modifiziert durch HS3ST2 und HS3ST4). Wie bei allen anderen HS-Sulfotransferasen verwenden die 3OSTs 3′-Phosphoadenosin-5′-phosphosulfat (PAPS) als Sulfatdonor. Obwohl die 3OSTs die größte Familie von HS-Modifikationsenzymen sind, produzieren sie die seltenste HS-Modifikation, die 3-O-Sulfatierung spezifischer Glucosaminreste an der C3-OH-Einheit.
Die 3OSTs sind in zwei funktionelle Unterkategorien unterteilt, diejenigen, die eine Antithrombin-III-Bindungsstelle (HS3ST1 und HS3ST5) erzeugen, und diejenigen, die eine Herpes-simplex-Virus-1-Glykoprotein-D-Bindungsstelle (HSV-1 gD) erzeugen (HS3ST2, HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST4, HS3ST5 und HS3ST6). Da die 3OSTs die größte Familie von HS-Modifikationsenzymen sind und ihre Wirkungen geschwindigkeitsbegrenzend sind, substratspezifisch und produzieren seltene Modifikationen, Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass 3OST modifiziertes HS eine wichtige regulatorische Rolle in biologischen Prozessen spielt. Es wurde gezeigt, dass 3-O-Sulfatierung die Bindung von Wnt an das Glyphosat verstärken kann und eine Rolle bei der Regulierung von Wnt bei Krebs spielen kann.