Siarczan heparanu
wiele różnych typów komórek wytwarza łańcuchy HS o wielu różnych strukturach pierwotnych. W związku z tym istnieje duża zmienność w sposobie syntezy łańcuchów HS, co powoduje zróżnicowanie strukturalne objęte terminem „heparanome” – który określa pełny zakres pierwotnych struktur wytwarzanych przez daną komórkę, tkankę lub organizm. Jednak niezbędne do powstania HS niezależnie od sekwencji pierwotnej jest szereg enzymów biosyntetycznych. Enzymy te składają się z wielu glikozylotransferaz, sulfotransferaz i epimerazy. Te same enzymy syntetyzują również heparynę.
w latach 80.Jeffrey Esko był pierwszym, który wyizolował i scharakteryzował mutanty komórek zwierzęcych zmienione w montażu siarczanu heparanu. Wiele z tych enzymów zostało oczyszczonych, sklonowanych molekularnie i zbadano ich wzorce ekspresji. Z tej i wczesnej pracy nad podstawowymi etapami biosyntezy HS / heparyny z wykorzystaniem systemu wolnego od komórek mastocytoma myszy wiele wiadomo o kolejności reakcji enzymatycznych i swoistości.
inicjacja Łańcuchuedytuj
synteza HS rozpoczyna się przeniesieniem ksylozy z UDP-ksylozy przez ksylozylotransferazę (XT) do specyficznych reszt serynowych w rdzeniu białkowym. Przyłączenie dwóch reszt galaktozy (Gal) przez galaktozylotransferazy i I II (GalTI i GalTII) oraz kwasu glukuronowego (GlcA) przez glukuronozylotransferazę i (GlcATI) kończy tworzenie startera tetrasacharydowego o-połączonego z seryną białka rdzenia:
ßGlcUA-(1→3)-ßGal-(1→3)-ßGal-(1→4)-ßXyl-O-ser.
przyłączenie ksylozy do białka rdzenia zachodzi prawdopodobnie w retikulum endoplazmatycznym (ER) z dalszym montażem regionu wiązania i pozostałej części łańcucha zachodzącym w aparacie Golgiego.
drogi biosyntezy HS/heparyny lub siarczanu chondroityny (CS) i siarczanu dermatanu (DS) rozchodzą się po utworzeniu tej wspólnej struktury połączenia tetrasacharydów. Następny enzym do działania, GlcNAcT-I lub GalNAcT-i, kieruje syntezę odpowiednio do HS / heparyny lub CS / DS.
wydłużenie łańcucha
po przyłączeniu pierwszej reszty N-acetyloglukozaminy (GlcNAc), wydłużenie łącznika tetrasacchride jest kontynuowane przez stopniowe dodawanie reszt GlcA i GlcNAc. Są one przenoszone z odpowiednich nukleotydów UDP-sugar. Jest to realizowane przez jeden lub więcej pokrewnych enzymów, których geny należą do rodziny genów exostoses (EXT) supresorów nowotworowych.
mutacje w loci genu EXT1-3 u ludzi prowadzą do niezdolności komórek do wytwarzania HS I do rozwoju choroby mnogiej dziedzicznej egzostozy (MHE). MHE charakteryzuje się guzami z zamkniętymi chrząstkami, zwanymi osteochondromami lub egzostozami, które rozwijają się głównie na długich kościach dotkniętych osób od wczesnego dzieciństwa do dojrzewania.
modyfikacjaedytuj
ponieważ łańcuch HS polimeryzuje, przechodzi szereg reakcji modyfikacji przeprowadzonych przez cztery klasy sulfotransferaz i epimerazę. Dostępność PAP-dawców siarczanów ma kluczowe znaczenie dla aktywności sulfotransferaz.
N-deacetylacja/n-sulfationEdit
pierwszą modyfikacją polimeru jest N-deacetylacja/N-sulfationowanie reszt GlcNAc do Glcn. Jest to warunek wstępny dla wszystkich późniejszych reakcji modyfikacji i jest przeprowadzany przez jednego lub więcej członków rodziny czterech enzymów GlcNAc N-deacetylazy/N-sulfotransferazy (NDSTs). We wczesnych badaniach wykazano, że enzymy modyfikujące mogą rozpoznawać i działać na dowolną N-acetylowaną pozostałość w polimerze formującym. Dlatego modyfikacja pozostałości GlcNAc powinna następować losowo w całym łańcuchu. Jednakże w HS N-siarczanowe pozostałości są głównie grupowane razem i oddzielane regionami N-acetylacji, w których GlcNAc pozostaje niezmodyfikowany.
istnieją cztery izoformy NDST (NDST1–4). Zarówno aktywność N-deacetylazy, jak i N-sulfotransferazy występuje we wszystkich izoformach NDST, ale różnią się one znacznie pod względem aktywności enzymatycznej.
wytwarzanie GlcNH2Edit
ze względu na N-deacetylazę i N-sulfotransferazę prowadzoną przez ten sam enzym N-sulfotransferaza jest zwykle ściśle sprzężona z N-acetylacją. W heparynie i niektórych gatunkach HS stwierdzono pozostałości GlcNH2 wynikające z pozornego rozłączania się tych dwóch działań.
Epimeryzacja i 2-o-sulfationEdit
Epimeryzacja jest katalizowana przez jeden enzym, epimerazę GlcA C5 lub 5-epimerazę heparosan-N-siarczan-glukuronianu (EC 5.1.3.17). Enzym ten epimeryzuje GlcA do kwasu iduronowego (IdoA). Rozpoznawanie substratu wymaga, aby pozostałość GlcN związana z niewymagającą redukcji stroną potencjalnego celu GlcA była N-siarczanowana. Uronozylo-2-o-sulfotransferaza (2ost) siarczanuje powstałe pozostałości IdoA.
6-o-sulfationEdit
zidentyfikowano trzy glukozaminylowe 6-o-transferazy (6OSTs), które powodują tworzenie Glcn(6S) w sąsiedztwie siarczanowanego lub niesiarczanego IdoA. GlcNAc (6S) występuje również w dojrzałych łańcuchach HS.
3-o-sulfotransferazy
obecnie wiadomo, że u ssaków występuje siedem 3-o-sulfotransferaz glukozaminylowych (3OSTs, HS3STs) (osiem u danio pręgowanego). Enzymy 3OST wytwarzają szereg możliwych 3-O-siarczanowanych disacharydów, w tym GlcA-GlcNS(3s±6s) (zmodyfikowane przez HS3ST1 i HS3ST5), IdoA(2S)-GlcNH2(3s±6s)(zmodyfikowane przez hs3st3a1, HS3ST3B1, HS3ST5 i HS3ST6) i GlcA/IdoA(2s)-GlcNS(3S) (zmodyfikowane przez HS3ST2 i HS3ST4). Podobnie jak w przypadku wszystkich innych sulfotransferaz HS, 3OSTs używają 3′-fosfoadenozyno-5′-fosfosiarczanu (PAPS) jako dawcy siarczanu. Pomimo tego, że są największą rodziną enzymów modyfikujących HS, 3OSTs wytwarzają najrzadszą modyfikację HS, 3-o-siarczanowanie specyficznych reszt glukozaminy w ugrupowaniu C3-OH.
3OSTs dzieli się na dwie podkategorie funkcjonalne: te, które generują miejsce wiązania antytrombiny III (HS3ST1 i HS3ST5) oraz te, które generują miejsce wiązania glikoproteiny d wirusa opryszczki 1 (HSV-1 gD) (HS3ST2, HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST4, HS3ST5 i HS3ST6). Ponieważ 3ost są największą rodziną enzymów modyfikujących HS, a ich działanie ogranicza szybkość, specyficznie substrat i powoduje rzadkie modyfikacje, postawiono hipotezę, że zmodyfikowany 3ost HS odgrywa ważną rolę regulacyjną w procesach biologicznych. Wykazano, że 3-o-sulfonowanie może zwiększać Wiązanie Wnt z glipikanem i może odgrywać rolę w regulacji Wnt w raku.