Heparán-szulfát
sok különböző sejttípus számos különböző elsődleges szerkezetű HS-láncot hoz létre. Ezért a HS-láncok szintetizálásának módjában nagy a variabilitás, ami strukturális sokféleséget eredményez, amelyet a “heparanome” kifejezés ölel fel – amely meghatározza az adott sejt által termelt elsődleges struktúrák teljes skáláját, szövet vagy szervezet. A HS kialakulásához azonban elengedhetetlen az elsődleges szekvenciától függetlenül egy sor bioszintetikus enzim. Ezek az enzimek több glikoziltranszferázból, szulfotranszferázból és egy epimerázból állnak. Ugyanezek az enzimek szintetizálják a heparint is.
az 1980-as években Jeffrey Esko volt az első, aki izolálta és jellemezte a heparán-szulfát összeállításában megváltozott állati sejtmutánsokat. Ezen enzimek közül sokat megtisztítottak, molekulárisan klónoztak, és megvizsgálták expressziós mintáikat. Ebből és a HS/heparin bioszintézis alapvető szakaszainak korai munkájából egér mastocytoma sejtmentes rendszer alkalmazásával sokat tudunk az enzimreakciók sorrendjéről és a specifitásról.
Láncindításszerkesztés
a HS szintézis a xilóz UDP-xilózból történő xiloziltranszferáz (XT) általi átvitelével kezdődik a fehérjemagban lévő specifikus szerinmaradványokba. Mellékletet a két galaktóz (Gal) maradékok által galactosyltransferases i-II. (GalTI, valamint GalTII), valamint glucuronic sav (GlcA) által glucuronosyltransferase én (GlcATI) befejezi a formáció egy tetrasaccharide alapozó O-kapcsolódik egy szerin a core-fehérje:
ßGlcUA-(1→3)-ßGal-(1→3)-ßGal-(1→4)-ßXyl-O-Ser.
úgy gondolják, hogy a magfehérjéhez való xilóz-kötődés az endoplazmatikus retikulumban (ER) fordul elő, a kapcsolódási régió további összeszerelésével, a lánc fennmaradó részével pedig a Golgi-készülékben.
a HS/heparin vagy kondroitin-szulfát (CS) és a dermatán-szulfát (DS) bioszintézisének útvonalai eltérnek e közös tetraszacharid-kötési szerkezet kialakulása után. A következő enzim, a GlcNAcT-I vagy a GalNAcT-I irányítja a szintézist, akár HS/heparinra, akár CS/DS-re.
lánc megnyúlás
az első N-acetil-glükozamin (GlcNAc) szermaradék felhelyezése után a tetraszakchrid linker megnyúlását GLCA és GlcNAc maradékok fokozatos hozzáadásával folytatjuk. Ezek átkerülnek a megfelelő UDP-cukor nukleotidjaikból. Ezt egy vagy több rokon enzim végzi, amelyek génjei a tumorszuppresszorok exostózis (EXT) géncsaládjának tagjai.
az EXT1-3 génlókusz mutációi emberben a sejtek HS-t nem képesek előállítani, és a betegség kialakulásához vezetnek többszörös örökletes exostózis (MHE). Az MHE-t porckorongos daganatok jellemzik, osteochondromák vagy exostózisok néven ismert, amelyek elsősorban az érintett egyének hosszú csontjain fejlődnek ki kora gyermekkorától a pubertásig.
Chain modificationEdit
amint egy HS lánc polimerizálódik, egy sor módosító reakción megy keresztül, amelyeket négy szulfotranszferáz és egy epimeráz osztály hajt végre. A szulfát donor PAPS elérhetősége döntő fontosságú a szulfotranszferázok aktivitása szempontjából.
N-dezacetilezés/n-szulfatálás
az első polimer módosítás a GlcNAc-maradékok N-dezacetilezése/N-szulfatálása GlcNS-be. Ez minden későbbi módosítási reakció előfeltétele, amelyet egy négy GlcNAc n-dezacetiláz/n-szulfotranszferáz enzimből (Ndst) álló család egy vagy több tagja hajt végre. A korai vizsgálatokban kimutatták, hogy a módosító enzimek képesek felismerni és hatni a formáló polimerben lévő bármely n-acetilezett maradékra. Ezért a GlcNAc-maradékok módosításának véletlenszerűen kell történnie az egész láncban. A HS-ben azonban az N-szulfatált maradékokat főként az N-acetilezés régiói csoportosítják és választják el egymástól, ahol a GlcNAc változatlan marad.
az NDST négy izoformája van (NDST1-4). Mind az N-dezacetiláz, mind az N-szulfotranszferáz aktivitás jelen van minden NDST-izoformában, de enzimatikus aktivitásukban jelentősen különböznek egymástól.
Glcnh2edit
az N-dezacetiláz és az N-szulfotranszferáz ugyanazon enzim által végzett előállítása miatt az n-szulfatálás általában szorosan kapcsolódik az N-acetilezéshez. A két tevékenység látszólagos szétkapcsolódásából származó GlcNH2 maradványokat találtak a heparinban és néhány HS-fajban.
Epimerizáció és 2-o-szulfatáció
az Epimerizációt egy enzim, a GlcA C5 epimeráz vagy a heparosan-n-szulfát-glükuronát 5-epimeráz katalizálja (EC 5.1.3.17). Ez az enzim epimerizálja a GlcA-t iduronsavvá (IdoA). A szubsztrátfelismerés megköveteli, hogy a potenciális GlcA cél nem redukáló oldalához kapcsolódó GlcN-maradék legyen N-szulfatált. Az uronozil-2-O-szulfotranszferáz (2ost) szulfátolja a kapott IdoA-maradványokat.
6-o-szulfatáció
három glükózaminil-6-O-transzferázt (6ost) azonosítottak, amelyek glcns(6s) képződését eredményezik a szulfatált vagy nem szulfatált IdoA mellett. A GlcNAc(6s) az érett HS láncokban is megtalálható.
3-o-szulfationedit
jelenleg hét glükózaminil-3-O-szulfotranszferáz (3osts, HS3STs) ismert emlősökben (nyolc a zebrahalban). A 3OST enzimek számos lehetséges 3-o-szulfátos diszacharidot hoznak létre, beleértve a GlcA-GlcNS-t(3s 6s) (módosítva HS3ST1 és HS3ST5), IdoA(2s)-GlcNH2(3s 6s)(módosítva hs3st3a1, HS3ST3B1, HS3ST5 és HS3ST6) és GlcA/IdoA(2s) – GlcNS(3s) (módosítva HS3ST2 és HS3ST4). Mint minden más HS szulfotranszferáz esetében, a 3ost-ok szulfát donorként 3′-foszfoadenozin-5′ – foszfoszulfátot (PAPS) használnak. Annak ellenére, hogy a HS módosító enzimek legnagyobb családja, a 3ost-ok termelik a legritkább HS-módosítást, a specifikus glükózamin-maradékok 3-O-szulfatálását a C3-OH részben.
a 3ost-ok két funkcionális alkategóriára oszthatók: azokra, amelyek antitrombin III kötőhelyet (HS3ST1 és HS3ST5) és herpes simplex vírus 1 glikoprotein D (HSV-1 gD) kötőhelyet (hs3st2, HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST4, HS3ST5 és HS3ST6) generálnak. Mivel a 3ost-ok a HS módosító enzimek legnagyobb családja, tevékenységük sebességkorlátozó, szubsztrátspecifikus és ritka módosításokat eredményez, feltételezték, hogy a 3ost módosított HS fontos szabályozó szerepet játszik a biológiai folyamatokban. Kimutatták, hogy a 3-O-szulfatáció fokozhatja a Wnt kötődését a glypican-hoz, és szerepet játszhat a Wnt szabályozásában a rák esetében.