Estructura y Función de los Proteoglicanos

Los proteoglicanos son moléculas ubicuas que funcionan como componentes críticos de la matriz extracelular. Estas proteínas están compuestas por cadenas de glicosaminoglicanos que están unidas covalentemente a un núcleo de proteína. A pesar de que solo un puñado de proteínas tienen la propensión a convertirse en proteoglicanos, su gama de funciones y roles potenciales en el desarrollo del organismo es extremadamente amplia.

Este artículo cubrirá:

• Estructura de los proteoglicanos
• Funciones celulares
• Transducción de señales
• Funciones en organismos modelo

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Estructura de los proteoglicanos

Carbohidratos

Los proteoglicanos actúan como polisacáridos en lugar de proteínas como el 95% de su peso está compuesto de glicosaminoglicanos. Las cadenas de glicosaminoglicanos consisten en unidades alternas de hexosamina y ácido hexurónico o galactosa. También hay regiones de enlace de glicopéptidos que conectan las cadenas de polisacáridos con las proteínas centrales que contienen oligosacáridos unidos a N y/o O.

La secuencia polimérica regular de glicosaminoglicanos es el resultado de las unidades repetitivas de las cadenas de glicosaminoglicanos. Sin embargo, un estudio de las cadenas de glucosaminoglicanos reveló una marcada heterogeneidad en las unidades de polisacáridos individuales.

Proteínas centrales

Los proteoglicanos se pueden clasificar en función de sus proteínas centrales. Por ejemplo, una familia consiste en proteoglicanos de sulfato de condroitina extracelulares grandes que pueden interactuar específicamente con el ácido hialurónico. Varios proteoglicanos en la matriz extracelular y proteoglicanos presentes en diferentes tejidos conectivos pertenecen a esta categoría.

Otra familia de proteoglicanos consiste en pequeñas proteínas de núcleo homólogas que incluyen una o dos cadenas de glicosaminoglicanos. Estas pequeñas proteínas centrales incluyen decorina, biglycan, fibromodulina, etc. Los proteoglicanos de sulfato de heparán están presentes en la membrana extracelular o basal y están relacionados con el proteoglicano de sulfato de heparán secretado por la línea celular tumoral de Engelbreth-Holm-Swarm (EHS).

Los serglicanos son proteoglicanos intracelulares que consisten en secuencias de proteínas centrales de unidades de serina y glicina que están fuertemente sustituidas por cadenas heparán. Todas las proteínas centrales contienen un dominio de sustitución de glicosaminoglicanos y la mayoría de los proteoglicanos están unidos a macromoléculas presentes en la matriz extracelular a través de dominios que están presentes en las proteínas centrales.

Dominios de sustitución de glicosaminoglicanos

Las cadenas de glicosaminoglicanos se unen a los residuos de serina que están presentes en las proteínas centrales. El alargamiento de la cadena se inicia por xilosilación de residuos de serina específicos. Las unidades de serina que son susceptibles a la xilosilación se producen en la secuencia específica de tetrapéptidos que está precedida por unos pocos residuos ácidos. Se ha demostrado que los péptidos sintéticos que contienen esta secuencia son sustratos adecuados para la xilosilación in vitro.

Funciones celulares

Todos los procesos celulares implican interacciones en la superficie de la célula, incluida la interacción de la célula con la matriz, con otras células, así como con ligandos. Estas interacciones involucran proteoglicanos ya que estas moléculas se unen ávidamente con las proteínas y están abundantemente presentes en la superficie.

En un estudio, se describió el papel de los proteoglicanos de sulfato de heparán durante las etapas críticas del desarrollo, incluida la generación y diferenciación de neuronas, guía axonal, desarrollo de sinapsis, etc.

Uno de los comportamientos críticos de las células tumorales es la invasión local y la metástasis a distancia. Estos comportamientos implican la adhesión a las células, la motilidad y el crecimiento, todos estos factores están influenciados por los proteoglicanos.

Otro estudio mostró que los proteoglicanos de sulfato de heparán pueden inhibir o mejorar estas actividades según el tipo de células o tejidos, la fisiopatología del tumor y el paso específico de la metástasis que se ve afectado.

Transducción de señales

Las dos familias principales de proteoglicanos heparán sulfato de superficie celular son sindecanos y glipicanos. Estas dos familias se unen a varios factores de crecimiento y proteínas de matriz y están involucradas en varias vías de transducción de señales implicadas en la proliferación de células y los cambios de forma celular.

Los sindecanos son proteínas transmembranas que se unen a la membrana celular mediante anclajes lipídicos de glicosilfosfatidilinositol (GPI). Hay cuatro conocidos de mamíferos sindecano proteínas. Si bien la estructura de estas proteínas es bastante similar a varios dominios citoplasmáticos, yuxtamembranas y transmembranas compartidos, también tienen regiones y distribuciones distintas dentro de las células. Tanto las proteínas conservadas como las divergentes tienen un papel en las funciones celulares y de desarrollo de los proteoglicanos.

Estudios recientes realizados en Drosophila, ratones y seres humanos mostraron cómo los proteoglicanos pueden estar implicados en el crecimiento y la diferenciación celular. También tienen funciones particulares para regular las moléculas involucradas en las vías de señalización, como FGFs, BMPs, Wnts, Hhs, IGFs, etc. Sin embargo, el mecanismo exacto de cómo funcionan estas moléculas aún no se comprende completamente.

Funciones en organismos modelo

La mayor parte de la información sobre cómo funcionan los proteoglicanos proviene de estudios en la mosca de la fruta y el gusano nematodo Caenorhabditis elegans. Muchos de los proteoglicanos heparán sulfato de superficie celular de mamíferos tienen homólogos en moscas y gusanos.

Si bien hay muchas diferencias en la estructura y función cuando se comparan los sistemas de moscas y mamíferos, varias funciones de los glípicos de Drosophila y syndecan se imitan en los mamíferos, lo que sugiere funciones conservadas.

Lectura adicional

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