Eparan solfato
Molti tipi di cellule diverse producono catene HS con molte diverse strutture primarie. Pertanto, vi è una grande variabilità nel modo in cui le catene HS sono sintetizzate, producendo diversità strutturale racchiusa dal termine “eparanoma” – che definisce l’intera gamma di strutture primarie prodotte da una particolare cellula, tessuto o organismo. Tuttavia, essenziale per la formazione di HS indipendentemente dalla sequenza primaria è una gamma di enzimi biosintetici. Questi enzimi consistono di glicosiltransferasi multiple, sulfotransferasi e un’epimerasi. Questi stessi enzimi sintetizzano anche l’eparina.
Negli anni ‘ 80, Jeffrey Esko fu il primo a isolare e caratterizzare i mutanti delle cellule animali alterati nell’assemblaggio di eparan solfato. Molti di questi enzimi sono stati ora purificati, clonati molecolarmente e studiati i loro modelli di espressione. Da questo e dai primi lavori sulle fasi fondamentali della biosintesi HS/eparina utilizzando un mastocitoma di topo, si sa molto sull’ordine delle reazioni enzimatiche e sulla specificità.
Iniziazionemodifica
La sintesi HS inizia con il trasferimento di xilosio da UDP-xilosio da xilosiltransferasi (XT) a specifici residui di serina all’interno del nucleo proteico. Allegato di due galattosio (Gal) residui da galactosyltransferases I e II (GalTI e GalTII) e acido glucuronico (GlcA) da glucuronosiltransferasi I (GlcATI) completa la formazione di un tetrasaccharide primer O legato a una serina del nucleo-proteine:
ßGlcUA-(1→3)-ßGal-(1→3)-ßGal-(1→4)-ßXyl-O-Ser.
Si pensa che l’attaccamento dello xilosio alla proteina di base si verifichi nel reticolo endoplasmatico (ER) con ulteriore assemblaggio della regione di legame e il resto della catena che si verifica nell’apparato di Golgi.
Le vie per HS/eparina o condroitin solfato (CS) e dermatan solfato (DS) biosintesi divergono dopo la formazione di questa struttura di legame tetrasaccaride comune. Il prossimo enzima ad agire, GlcNAcT – I o GalNAcT-I, dirige la sintesi, rispettivamente a HS / eparina o CS / DS.
Allungamento della catenaedit
Dopo il fissaggio del primo residuo di N-acetilglucosammina (GlcNAc), l’allungamento del linker tetrasacchride viene continuato mediante l’aggiunta graduale di residui GlcA e GlcNAc. Questi vengono trasferiti dai rispettivi nucleotidi UDP-zucchero. Ciò è effettuato da uno o più enzimi correlati i cui geni sono membri della famiglia genica exostoses (EXT) di soppressori tumorali.
Le mutazioni ai loci del gene EXT1-3 nell’uomo portano all’incapacità delle cellule di produrre HS e allo sviluppo della malattia Esostosi ereditarie multiple (MHE). MHE è caratterizzato da tumori ricoperti di cartilagine, noti come osteocondromi o esostosi, che si sviluppano principalmente sulle ossa lunghe degli individui affetti dalla prima infanzia fino alla pubertà.
Modifica della catenamodifica
Come una catena HS polimerizza, subisce una serie di reazioni di modifica effettuate da quattro classi di sulfotransferasi e un’epimerasi. La disponibilità del PAPS donatore di solfato è cruciale per l’attività delle sulfotransferasi.
N-deacetilazione/N-solfazioneedit
La prima modifica del polimero è la N-deacetilazione/N-solfatazione dei residui di GlcNAc in GLCN. Questo è un prerequisito per tutte le successive reazioni di modifica e viene effettuato da uno o più membri di una famiglia di quattro enzimi GlcNAc N-deacetilasi/N-sulfotransferasi (NDST). Nei primi studi, è stato dimostrato che gli enzimi modificanti potevano riconoscere e agire su qualsiasi residuo N-acetilato nel polimero formante. Pertanto, la modifica dei residui di GlcNAc dovrebbe avvenire in modo casuale lungo tutta la catena. Tuttavia, nel SA, i residui N-solfati sono principalmente raggruppati e separati da regioni di N-acetilazione in cui GlcNAc rimane invariato.
Ci sono quattro isoforme di NDST (NDST1–4). Entrambe le attività N-deacetilasi e N-sulfotransferasi sono presenti in tutte le isoforme NDST, ma differiscono significativamente nelle loro attività enzimatiche.
Generazione di GlcNH2Edit
A causa della N-deacetilasi e della N-sulfotransferasi effettuate dallo stesso enzima, la N-solfatazione è normalmente strettamente accoppiata alla N-acetilazione. Residui di GlcNH2 derivanti dall’apparente disaccoppiamento delle due attività sono stati trovati nell’eparina e in alcune specie di SA.
Epimerizzazione e 2-O-solfazioneedit
L’epimerizzazione è catalizzata da un enzima, la GLCA C5 epimerasi o eparosan-N-solfato-glucuronato 5-epimerasi (EC 5.1.3.17). Questo enzima epimerizza la GlcA ad acido iduronico (IdoA). Il riconoscimento del substrato richiede che il residuo GlcN collegato al lato non riducente di un potenziale obiettivo GlcA sia N-solfatato. L’uronosil-2-O-sulfotransferasi (2OST) solfata i residui di IdoA risultanti.
6-O-sulfationEdit
Sono state identificate tre glucosaminil 6-O-transferasi (6OSTs) che provocano la formazione di GLCN(6S) adiacenti all’IdoA solfatato o non solfatato. GlcNAc (6S) si trova anche nelle catene HS mature.
3-O-sulfationEdit
Attualmente sette glucosaminil 3-O-sulfotransferasi (3OSTs, HS3STs) sono noti per esistere nei mammiferi (otto in zebrafish). Gli enzimi 3OST creano un numero di possibili disaccaridi 3-O-solfati, tra cui GlcA-GlcNS (3S±6S) (modificato da HS3ST1 e HS3ST5), IdoA(2S)-GlcNH2(3S±6S) (modificato da HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST5 e HS3ST6) e GlcA/IdoA(2S)-GlcNS (3S) (modificato da HS3ST2 e HS3ST4). Come con tutte le altre sulfotransferasi HS, i 3OST utilizzano 3 ‘- fosfoadenosina-5 ‘ – fosfosolfato (PAPS) come donatore di solfato. Pur essendo la più grande famiglia di enzimi di modificazione HS, i 3OST producono la modificazione HS più rara, la 3-O-solfatazione di specifici residui di glucosamina nella frazione C3-OH.
Il 3OSTs sono divisi in due sottocategorie funzionali, quelli che generano un sito di legame antitrombina III (HS3ST1 e HS3ST5) e quelli che generano un herpes simplex virus 1 glicoproteina D (HSV-1 gD) sito di legame (HS3ST2, HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST4, HS3ST5 e HS3ST6). Poiché i 3OST sono la più grande famiglia di enzimi di modificazione HS e le loro azioni sono limitanti, specifiche del substrato e producono rare modifiche, è stato ipotizzato che 3OST HS modificato svolga un importante ruolo normativo nei processi biologici. È stato dimostrato che 3-O-sulfation può migliorare il legame di Wnt al glypican e può svolgere un ruolo nella regolazione Wnt nel cancro.