Heparan sulfat
multe tipuri diferite de celule produc lanțuri HS cu multe structuri primare diferite. Prin urmare, există o mare variabilitate în modul în care lanțurile HS sunt sintetizate, producând diversitate structurală cuprinsă de termenul „heparanom” – care definește întreaga gamă de structuri primare produse de o anumită celulă, țesut sau organism. Cu toate acestea, esențială pentru formarea HS indiferent de secvența primară este o serie de enzime biosintetice. Aceste enzime constau din glicoziltransferaze multiple, sulfotransferaze și o epimerază. Aceleași enzime sintetizează și heparina.
în anii 1980, Jeffrey Esko a fost primul care a izolat și caracterizat mutanții celulelor animale modificați în ansamblul sulfatului de heparan. Multe dintre aceste enzime au fost acum purificate, clonate molecular și modelele lor de Expresie studiate. Din aceasta și lucrul timpuriu asupra etapelor fundamentale ale biosintezei HS/heparinei folosind un sistem fără celule mastocitom de șoarece se cunosc multe despre ordinea reacțiilor enzimatice și specificitatea.
inițiere în Lanțmodificare
sinteza HS inițiază cu transferul de xiloză din UDP-xiloză prin xilosiltransferază (XT) la reziduuri specifice de serină din nucleul proteic. Atașament de două galactoza (Gal) reziduuri de galactosyltransferases I și II (GalTI și GalTII) și acid glucuronic (GlcA) de glucuronosyltransferase I (GlcATI) completează formarea unui tetrasaccharide grund O-legate de o serin de bază-proteine:
ßGlcUA-(1→3)-ßGal-(1→3)-ßGal-(1→4)-ßXyl-O-Ser.
se crede că atașarea Xilozei la proteina de bază are loc în reticulul endoplasmatic (ER) cu asamblarea ulterioară a regiunii de legătură și a restului lanțului care apare în aparatul Golgi.
căile pentru biosinteza HS/heparină sau sulfat de condroitină (CS) și sulfat de dermatan (DS) diferă după formarea acestei structuri comune de legătură tetrazaharidică. Următoarea enzimă care acționează, GlcNAcT – i sau GalNAcT-i, direcționează sinteza, fie către HS/heparină, respectiv CS/DS.
alungirea Lanțuluiedit
după atașarea primului reziduu de N-acetilglucozamină (GlcNAc), alungirea linker-ului tetrasacchride este continuată prin adăugarea treptată a reziduurilor GlcA și GlcNAc. Acestea sunt transferate din nucleotidele lor UDP-zahăr respective. Aceasta este realizată de una sau mai multe enzime înrudite ale căror gene sunt membre ale exostozelor (EXT) familia genică a supresoarelor tumorale.
mutațiile la locii genei EXT1-3 la om duc la incapacitatea celulelor de a produce HS și la dezvoltarea bolii exostoze ereditare Multiple (MHE). MHE se caracterizează prin tumori cu cartilaj, cunoscute sub numele de osteocondroame sau exostoze, care se dezvoltă în principal pe oasele lungi ale persoanelor afectate de la începutul copilăriei până la pubertate.
modificarea Lanțuluiedit
pe măsură ce un lanț HS polimerizează, acesta suferă o serie de reacții de modificare efectuate de patru clase de sulfotransferaze și o epimerază. Disponibilitatea PAP-urilor donatoare de sulfat este crucială pentru activitatea sulfotransferazelor.
N-deacetilare/n-sulfatareedit
prima modificare a polimerului este N-deacetilarea/n-sulfarea reziduurilor GlcNAc în GlcNS. Aceasta este o condiție prealabilă pentru toate reacțiile de modificare ulterioare și este efectuată de unul sau mai mulți membri ai unei familii de patru enzime GlcNAc n-deacetilază/n-sulfotransferază (NDSTs). În studiile timpurii, sa demonstrat că enzimele modificatoare ar putea recunoaște și acționa asupra oricărui reziduu n-acetilat din polimerul care formează. Prin urmare, modificarea reziduurilor de GlcNAc ar trebui să aibă loc aleatoriu pe tot lanțul. Cu toate acestea, în HS, reziduurile n-sulfatate sunt grupate în principal și separate de regiuni de n-acetilare în care GlcNAc rămâne nemodificat.
există patru izoforme ale NDST (NDST1–4). Atât activitățile N-deacetilazei, cât și cele n-sulfotransferazei sunt prezente în toate izoformele NDST, dar diferă semnificativ în activitățile lor enzimatice.
generarea de GlcNH2Edit
datorită n-deacetilazei și n-sulfotransferazei efectuate de aceeași enzimă n-sulfarea este în mod normal strâns cuplată la N-acetilare. Reziduurile de GlcNH2 rezultate din decuplarea aparentă a celor două activități au fost găsite în heparină și în unele specii de HS.
Epimerizarea și 2-o-sulfatareaedit
Epimerizarea este catalizată de o enzimă, GlcA C5 epimerază sau heparosan-n-sulfat-glucuronat 5-epimerază (EC 5.1.3.17). Această enzimă epimerizează GlcA în acid iduronic (IdoA). Recunoașterea substratului necesită ca reziduul GlcN legat de partea nereducătoare a unei ținte potențiale GlcA să fie n-sulfatat. Uronosil-2-o-sulfotransferaza (2ost) sulfează reziduurile IdoA rezultate.
6-o-sulfațied
au fost identificate trei glucozaminil 6-o-transferaze (6ost) care au ca rezultat formarea de GlcNS(6S) adiacente IdoA sulfatate sau nesulfate. GlcNAc (6S) se găsește și în lanțurile HS mature.
3-o-sulfatareedit
în prezent, șapte glucozaminil 3-o-sulfotransferaze (3osts, HS3STs) sunt cunoscute de a exista la mamifere (opt în zebrafish). Enzimele 3OST creează un număr de posibile dizaharide 3-o-sulfatate, inclusiv GlcA-GlcNS(3s 6s) (modificat de HS3ST1 și HS3ST5), IdoA(2s)-GlcNH2(3s 6s)(modificat de HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST5 și HS3ST6) și GlcA/IdoA(2s)-GlcNS(3S) (modificat de HS3ST2 și hs3st4). Ca și în cazul tuturor celorlalte sulfotransferaze HS, 3osts utilizează 3′-fosfoadenozină-5′-fosfosulfat (PAPS) ca donator de sulfat. În ciuda faptului că este cea mai mare familie de enzime de modificare a HS, 3ost-urile produc cea mai rară modificare a HS, 3-o-sulfarea reziduurilor specifice de glucozamină la partea C3-OH.
cele 3ost sunt împărțite în două subcategorii funcționale, cele care generează un situs de legare a antitrombinei III (HS3ST1 și HS3ST5) și cele care generează un situs de legare a virusului herpes simplex 1 glicoproteina D (HSV-1 gD) (HS3ST2, HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST4, HS3ST5 și HS3ST6). Deoarece 3ost-urile sunt cea mai mare familie de enzime de modificare a HS și acțiunile lor sunt limitatoare de viteză, specifice substratului și produc modificări rare, s-a emis ipoteza că HS modificat 3OST joacă un rol important de reglementare în procesele biologice. S-a demonstrat că 3-o-sulfarea poate spori legarea Wnt de glypican și poate juca un rol în reglarea Wnt în cancer.