Struttura e funzione dei proteoglicani

I proteoglicani sono molecole onnipresenti che funzionano come componenti critici della matrice extracellulare. Queste proteine sono composte da catene di glicosaminoglicani che sono attaccate covalentemente a un nucleo proteico. Anche se solo una manciata di proteine hanno la propensione a diventare proteoglicani, la loro gamma di funzioni e ruoli potenziali nello sviluppo dell’organismo è estremamente ampia.

Questo articolo coprirà:

• Struttura di proteoglicani
• funzioni Cellulari
• trasduzione del Segnale
• Funzioni in organismi modello

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Struttura di proteoglicani

Carboidrati

Proteoglicani agire come polisaccaridi, piuttosto che di proteine come il 95% del loro peso è composto di glicosaminoglicani. Le catene di glicosaminoglicani sono costituite da unità alternate di esosamina e acido esuronico o galattosio. Ci sono anche regioni di collegamento glicopeptide che collegano le catene polisaccaridiche alle proteine di base che contengono oligosaccaridi N-e / o O-linked.

La sequenza polimerica regolare dei glicosaminoglicani è il risultato delle unità ripetitive delle catene di glicosaminoglicani. Tuttavia, uno studio sulle catene di glicosaminoglicani ha rivelato una marcata eterogeneità nelle singole unità polisaccaridiche.

Proteine di base

I proteoglicani possono essere classificati sulla base delle loro proteine di base. Ad esempio, una famiglia è costituita da grandi proteoglicani extracellulari di condroitina solfato che possono interagire specificamente con l’acido ialuronico. Diversi proteoglicani nella matrice extracellulare e proteoglicani presenti in diversi tessuti connettivi appartengono a questa categoria.

Un’altra famiglia di proteoglicani è costituita da piccole proteine di nucleo omologhe che includono una o due catene di glicosaminoglicani. Queste piccole proteine core includono decorina, biglycan, fibromodulina, ecc. I proteoglicani eparan solfato sono presenti nella membrana extracellulare o basale e sono correlati al proteoglicano eparan solfato secreto dalla linea cellulare tumorale Engelbreth-Holm-Swarm (EHS).

I serglicani sono proteoglicani intracellulari costituiti da sequenze proteiche di nucleo di unità di serina e glicina che sono pesantemente sostituite con catene eparaniche. Tutte le proteine del centro contengono un dominio della sostituzione del glicosaminoglicano e la maggior parte dei proteoglicani sono attaccati alle macromolecole presenti nella matrice extracellulare attraverso i domini che sono presenti nelle proteine del centro.

Domini di sostituzione del glicosaminoglicano

Le catene del glicosaminoglicano sono legate ai residui della serina che sono presenti nelle proteine del centro. L’allungamento della catena è iniziato dalla xilosilazione di specifici residui di serina. Le unità della serina che sono suscettibili di xilosilazione si presentano nella sequenza specifica del tetrapeptide che è preceduta da alcuni residui acidi. I peptidi sintetici che contengono questa sequenza hanno dimostrato di essere substrati adeguati per la xilosilazione in vitro.

Funzioni cellulari

Tutti i processi cellulari implicano interazioni sulla superficie della cellula, compresa l’interazione della cellula con la matrice, con altre cellule e con i ligandi. Queste interazioni coinvolgono proteoglicani poiché queste molecole si legano avidamente con le proteine e sono abbondantemente presenti sulla superficie.

In uno studio, il ruolo dei proteoglicani eparan solfato è stato descritto durante le fasi critiche dello sviluppo, tra cui la generazione e la differenziazione dei neuroni, la guida assonale, lo sviluppo della sinapsi, ecc.

Uno dei comportamenti critici delle cellule tumorali è un’invasione locale e metastasi a distanza. Questi comportamenti coinvolgono aderendo alle cellule, motilità, e la crescita – tutti questi fattori sono influenzati da proteoglicani.

Un altro studio ha dimostrato che i proteoglicani eparan solfato possono inibire o migliorare queste attività in base al tipo di cellula o tessuto, alla fisiopatologia del tumore e alla fase specifica della metastasi interessata.

Trasduzione del segnale

Le due famiglie principali dei proteoglicani del solfato dell’eparano della superficie cellulare sono syndecans e glypicans. Queste due famiglie si legano a diversi fattori di crescita e proteine della matrice e sono coinvolte in varie vie di trasduzione del segnale implicate nella proliferazione delle cellule e nei cambiamenti di forma cellulare.

I sindecani sono proteine transmembrana collegate alla membrana cellulare mediante ancoraggi lipidici del glicosilfosfatidilinositolo (GPI). Ci sono quattro proteine syndecan mammiferi noti. Mentre la struttura di queste proteine è abbastanza simile a diversi domini citoplasmatici, juxtamembrane e transmembrane condivisi, hanno anche regioni e distribuzioni distinte all’interno delle cellule. Entrambi i partner proteici conservati e divergenti hanno ruoli nelle funzioni cellulari e di sviluppo dei proteoglicani.

Recenti studi condotti su Drosophila, topi e esseri umani hanno mostrato come i proteoglicani possono essere implicati nella crescita e differenziazione cellulare. Hanno anche ruoli particolari per regolare le molecole coinvolte nelle vie di segnalazione, come FGFs, BMPs, Wnts, Hhs, IGFs, ecc. Tuttavia, il meccanismo esatto di come funzionano queste molecole non è ancora completamente compreso.

Funzioni negli organismi modello

La maggior parte delle informazioni su come funzionano i proteoglicani provengono da studi sulla mosca della frutta e sul verme nematode, Caenorhabditis elegans. Molti dei proteoglicani del solfato dell’eparano della superficie cellulare dei mammiferi hanno omologhi in mosca e verme.

Mentre ci sono molte differenze nella struttura e nella funzione quando si confrontano i sistemi di mosche e mammiferi, diverse funzioni dei Drosophila glypicans e syndecan sono imitate nei mammiferi, suggerendo funzioni conservate.

Ulteriori letture

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