Heparansulfaat
veel verschillende celtypen produceren HS-ketens met veel verschillende primaire structuren. Daarom is er een grote mate van variabiliteit in de manier waarop HS – ketens worden gesynthetiseerd, waardoor structurele diversiteit wordt veroorzaakt door de term “heparanoom” – die het volledige scala van primaire structuren definieert die door een bepaalde cel, weefsel of organisme worden geproduceerd. Nochtans, essentieel aan de vorming van HS ongeacht primaire opeenvolging is een waaier van biosynthetische enzymen. Deze enzymen bestaan uit meerdere glycosyltransferasen, sulfotransferasen en een epimerase. Deze zelfde enzymen synthetiseren ook heparine.In de jaren 80 was Jeffrey Esko de eerste die mutanten van dierlijke cellen die veranderd waren in de assemblage van heparansulfaat isoleren en karakteriseren. Veel van deze enzymen zijn nu gezuiverd, moleculair gekloond en hun uitdrukkingspatronen bestudeerd. Uit dit en vroege werk over de fundamentele stadia van HS / heparine biosynthese met behulp van een muis mastocytoom celvrij systeem is veel bekend over de volgorde van enzymreacties en specificiteit.
Chain initiationEdit
de synthese van HS initieert met de overdracht van xylose van UDP-xylose door xylosyltransferase (XT) aan specifieke serineresiduen binnen de eiwitkern. Aanhechting van twee galactose (Gal) residuen door galactosyltransferasen I en II (GalTI en GalTII) en glucuronzuur (GlcA) door glucuronosyltransferase I (GlcATI) voltooit de vorming van een tetrasaccharide primer o-gekoppeld aan een serine van het kerneiwit:
ßGlcUA-(1→3)-ßGal-(1→3)-ßGal-(1→4)-ßXyl-o-Ser.Er wordt aangenomen dat Xylosehechting aan het kerneiwit optreedt in het endoplasmatisch reticulum (ER), waarbij het verbindingsgebied en de rest van de keten verder worden samengevoegd in het Golgi-apparaat.
de routes voor de biosynthese van HS/heparine of chondroïtinesulfaat (CS) en dermatansulfaat (DS) verschillen na de vorming van deze gemeenschappelijke tetrasaccharide-verbindingsstructuur. Het volgende enzym dat werkt, GlcNAcT – I of GalNAcT-I, leidt de synthese, respectievelijk naar HS/heparine of CS/DS.
Ketenverlenging
na aanhechting van het eerste N-acetylglucosamine (GlcNAc) residu, wordt de verlenging van de tetrasacchride linker voortgezet door de stapsgewijze toevoeging van GlcA en GlcNAc residu ‘ s. Deze worden overgebracht van hun respectieve UDP-suikernucleotiden. Dit wordt uitgevoerd door één of meer verwante enzymen waarvan de genen lid zijn van de exostoses (EXT) genfamilie van tumoronderdrukkers.
mutaties op de loci van het EXT1-3-gen bij de mens leiden tot het onvermogen van cellen om HS te produceren en tot de ontwikkeling van de ziekte Multiple Hereditaire Exostoses (MHE). MHE wordt gekenmerkt door kraakbeentumoren, bekend als osteochondroma ‘ s of exostoses, die zich voornamelijk ontwikkelen op de lange botten van de getroffen personen vanaf de vroege kindertijd tot de puberteit.
Chain modificationEdit
als HS chain polymerises ondergaat het een reeks modificatiereacties die worden uitgevoerd door vier klassen sulfotransferasen en een epimerase. De beschikbaarheid van de SULFAATDONOR PAPS is cruciaal voor de activiteit van de sulfotransferasen.
N-deacetylering/n-sulfatiedit
de eerste polymeermodificatie is de N-deacetylering/n-sulfatie van GlcNAc-residuen in Glcn ‘ s. Dit is een voorwaarde voor alle volgende modificatiereacties en wordt uitgevoerd door een of meer leden van een familie van vier GlcNAc-n-deacetylase/n-sulfotransferaseenzymen (Ndst ‘ s). In vroege studies, werd aangetoond dat het wijzigen van enzymen om het even welk n-geacetyleerd residu in het vormende polymeer konden herkennen en kunnen handelen. Daarom moet de wijziging van GlcNAc-residuen willekeurig in de hele keten plaatsvinden. In het GS worden N-sulfaatresiduen echter voornamelijk gegroepeerd en gescheiden door gebieden van n-acetylering waar GlcNAc ongewijzigd blijft.
er zijn vier isovormen van NDST (NDST1–4). Zowel n-deacetylase als N-sulfotransferase activiteiten zijn aanwezig in alle ndst-isovormen, maar ze verschillen significant in hun enzymatische activiteiten.
aanmaak van GlcNH2Edit
doordat N-deacetylase en N-sulfotransferase door hetzelfde enzym worden uitgevoerd, is n-sulfatie normaal gesproken nauw gekoppeld aan n-acetylering. GlcNH2-residuen als gevolg van de schijnbare ontkoppeling van de twee activiteiten zijn gevonden in heparine en sommige soorten van GS.
Epimerisatie en 2-o-sulfationEdit
Epimerisatie wordt gekatalyseerd door één enzym, de Glca C5-epimerase of heparosan-N-sulfaat-glucuronaat 5-epimerase (EC 5.1.3.17). Dit enzym epimeriseert GlcA tot iduronzuur (IdoA). De ondergrondherkenning vereist dat het GlcN-residu dat aan de niet-reducerende zijde van een potentieel GlcA-doel is gebonden, N-sulfaat heeft. Uronosyl-2-o-sulfotransferase (2OST) sulfaatt de resulterende idoa-residuen.
6-o-sulfationEdit
drie glucosaminyl-6-o-transferases (6OSTs) zijn geïdentificeerd die leiden tot de vorming van Glcn ‘ s(6S) naast gesulfateerd of niet-gesulfateerd IdoA. GlcNAc (6S) komt ook voor in volwassen HS ketens.
3-O-sulfationEdit
momenteel zijn zeven glucosaminyl-3-o-sulfotransferasen (3ost, Hs3st) bekend bij zoogdieren (acht bij zebravis). De 3ost-enzymen creëren een aantal mogelijke 3-o-gesulfateerde disachariden, waaronder GlcA-GlcNS(3S±6S) (gewijzigd door HS3ST1 en HS3ST5), IdoA(2S)-GlcNH2(3S±6S)(gewijzigd door HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST5 en HS3ST6) en GlcA/IdoA(2S) – GlcNS(3S) (gewijzigd door hs3st2 en hs3st4). Zoals met alle andere HS sulfotransferases, gebruiken 3OSTs 3 ‘- phosphoadenosine-5 ‘ – phosphosulfate (PAPS) als sulfaatdonor. Ondanks het feit dat de 3OSTs de grootste familie van HS modificatieenzymen zijn, produceren de 3OSTs de zeldzaamste HS modificatie, de 3-O-sulfatie van specifieke glucosamineresiduen op het C3-OH deel.
de 3 kosten zijn verdeeld in twee functionele subcategorieën, die welke een antitrombine III-bindingsplaats genereren (HS3ST1 en HS3ST5) en die welke een herpes simplexvirus 1 glycoproteïne D (HSV-1 gD) bindingsplaats genereren (HS3ST2, HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST4, HS3ST5 en HS3ST6). Aangezien 3OSTs de grootste familie van HS-wijzigingsenzymen zijn en hun acties tarief-beperkend, substraatspecifiek zijn en zeldzame wijzigingen veroorzaken, is het verondersteld dat 3ost gewijzigde HS een belangrijke regelgevende rol in biologische processen speelt. Er is aangetoond dat 3-O-sulfaat de binding van Wnt aan het glypican kan verbeteren en een rol kan spelen bij het reguleren van Wnt bij kanker.