Sulfato de heparán
Muchos tipos de células diferentes producen cadenas HS con muchas estructuras primarias diferentes. Por lo tanto, hay una gran variabilidad en la forma en que se sintetizan las cadenas de HS, produciendo diversidad estructural abarcada por el término «heparanoma», que define la gama completa de estructuras primarias producidas por una célula, tejido u organismo en particular. Sin embargo, esencial para la formación de HS, independientemente de la secuencia primaria, es un rango de enzimas biosintéticas. Estas enzimas consisten en múltiples glicosiltransferasas, sulfotransferasas y una epimerasa. Estas mismas enzimas también sintetizan heparina.
En la década de 1980, Jeffrey Esko fue el primero en aislar y caracterizar mutantes de células animales alterados en el ensamblaje de sulfato de heparán. Muchas de estas enzimas han sido purificadas, clonadas molecularmente y sus patrones de expresión estudiados. A partir de este y del trabajo inicial sobre las etapas fundamentales de la biosíntesis de HS/heparina utilizando un sistema libre de células de mastocitoma de ratón, se sabe mucho sobre el orden de las reacciones enzimáticas y la especificidad.
Iniciacióneditar
La síntesis de HS se inicia con la transferencia de xilosa de UDP-xilosa por xilosiltransferasa (ERS) a residuos de serina específicos dentro del núcleo de la proteína. La unión de dos residuos de galactosa (Gal) por galactosiltransferasas I y II (GalTI y GalTII) y ácido glucurónico (GlcA) por glucuronosiltransferasa I (GlcATI) completa la formación de un primer tetrasacárido O-unido a una serina de la proteína central:
ßGlcUA-(1→3)-ßGal-(1→3)-ßGal-(1→4)-ßXil-O-Ser.
Se cree que la unión de xilosa a la proteína central ocurre en el retículo endoplásmico (RE) con un mayor ensamblaje de la región de enlace y el resto de la cadena en el aparato de Golgi.
Las vías de biosíntesis de HS/heparina o sulfato de condroitina (CS) y sulfato de dermatano (DS) divergen después de la formación de esta estructura de enlace de tetrasacáridos común. La siguiente enzima en actuar, GlcNAcT – I o GalNAcT-I, dirige la síntesis, ya sea a HS / heparina o CS/DS, respectivamente.
Alargamiento de la cadenaeditar
Después de la fijación del primer residuo de N-acetilglucosamina (GlcNAc), el alargamiento del enlazador de tetrasaccruro continúa mediante la adición gradual de residuos de GlcA y GlcNAc. Estos se transfieren desde sus respectivos nucleótidos de azúcar UDP. Esto es llevado a cabo por una o más enzimas relacionadas cuyos genes son miembros de la familia de genes exostosis (EXT) de supresores tumorales.
Las mutaciones en los loci del gen EXT1-3 en los seres humanos conducen a la incapacidad de las células para producir HS y al desarrollo de la enfermedad de las Exostosis Hereditarias Múltiples (EMM). La EHM se caracteriza por tumores con tapa de cartílago, conocidos como osteocondromas o exostosis, que se desarrollan principalmente en los huesos largos de las personas afectadas desde la primera infancia hasta la pubertad.
Modificación de la cadenaeditar
A medida que una cadena HS polimeriza, sufre una serie de reacciones de modificación llevadas a cabo por cuatro clases de sulfotransferasas y una epimerasa. La disponibilidad de PAPS donantes de sulfato es crucial para la actividad de las sulfotransferasas.
N-desacetilación / N-sulfatióneditar
La primera modificación del polímero es la N-desacetilación / N-sulfatación de residuos de GlcNAc en GLCN. Este es un requisito previo para todas las reacciones de modificación posteriores, y es llevado a cabo por uno o más miembros de una familia de cuatro enzimas GlcNAc N-deacetilasa/N-sulfotransferasa (NDST). En los primeros estudios, se demostró que las enzimas modificadoras podían reconocer y actuar sobre cualquier residuo N-acetilado en el polímero formador. Por lo tanto, la modificación de los residuos de GlcNAc debe ocurrir aleatoriamente a lo largo de la cadena. Sin embargo, en el HS, los residuos N-sulfatados se agrupan principalmente y se separan por regiones de N-acetilación donde el GlcNAc permanece sin modificar.
Hay cuatro isoformas de NDST (NDST1–4). Las actividades de N-deacetilasa y N-sulfotransferasa están presentes en todas las isoformas NDST, pero difieren significativamente en sus actividades enzimáticas.
La generación de GlcNH2Edit
Debido a que la N-deacetilasa y la N-sulfotransferasa se llevan a cabo por la misma enzima, la N-sulfatación normalmente está estrechamente acoplada a la N-acetilación. Se han encontrado residuos de GlcNH2 resultantes de la desvinculación aparente de las dos actividades en la heparina y en algunas especies de HS.
La epimerización y la 2-O-sulfacioneditar
La epimerización es catalizada por una enzima, la epimerasa GlcA C5 o la heparosan-N-sulfato-glucuronato 5-epimerasa (EC 5.1.3.17). Esta enzima epimeriza el GlcA a ácido idurónico (IdoA). El reconocimiento del sustrato requiere que el residuo GlcN vinculado al lado no reductor de un objetivo GlcA potencial esté N-sulfatado. Uronosil-2-O-sulfotransferasa (2OST) sulfatos los residuos de IdoA resultantes.
6-O-sulfationEdit
Se han identificado tres glucosaminil 6-O-transferasas (6OST) que resultan en la formación de GlcNS(6S) adyacentes a IdoA sulfatados o no sulfatados. GlcNAc (6S) también se encuentra en cadenas de HS maduras.
3-O-sulfacioneditar
Actualmente se sabe que existen siete glucosaminil 3-O-sulfotransferasas (3OSTs, HS3STs) en mamíferos (ocho en peces cebra). Las enzimas 3OST crean una serie de disacáridos 3-O-sulfatados posibles, incluidos GlcA-GlcNS(3S±6S) (modificado por HS3ST1 y HS3ST5), IdoA(2S)-GlcNH2(3S±6S)(modificado por HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST5 y HS3ST6) y GlcA/IdoA(2S)-GlcNS(3S) (modificado por HS3ST2 y HS3ST4). Al igual que con todas las demás sulfotransferasas HS, los 3OST utilizan 3′-fosfoadenosina-5′-fosfosulfato (PAP) como donante de sulfato. A pesar de ser la familia más grande de enzimas de modificación de HS, las 3OST producen la modificación de HS más rara, la 3-O-sulfatación de residuos específicos de glucosamina en la fracción C3-OH.
Los 3OST se dividen en dos subcategorías funcionales, las que generan un sitio de unión a la antitrombina III (HS3ST1 y HS3ST5) y las que generan un sitio de unión a la glucoproteína D del virus del herpes simple 1 (HSV-1 gD) (HS3ST2, HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST4, HS3ST5 y HS3ST6). Como las 3OST son la familia más grande de enzimas de modificación de HS y sus acciones limitan la velocidad, son específicas del sustrato y producen modificaciones raras, se ha planteado la hipótesis de que las 3OST modificadas HS juegan un papel regulador importante en los procesos biológicos. Se ha demostrado que la 3-O-sulfatación puede mejorar la unión de Wnt al glypican y puede desempeñar un papel en la regulación de Wnt en el cáncer.