Heparansulfat
många olika celltyper producerar HS-kedjor med många olika primära strukturer. Därför finns det en stor variation i hur HS-kedjor syntetiseras och producerar strukturell mångfald som omfattas av termen ”heparanom” – som definierar hela spektret av primära strukturer som produceras av en viss cell, vävnad eller organism. Emellertid är väsentlig för bildandet av HS oavsett primär sekvens ett intervall av biosyntetiska enzymer. Dessa enzymer består av flera glykosyltransferaser, sulfotransferaser och ett epimeras. Dessa samma enzymer syntetiserar också heparin.
på 1980-talet var Jeffrey Esko den första som isolerade och karakteriserade djurcellsmutanter förändrade i sammansättningen av heparansulfat. Många av dessa enzymer har nu renats, molekylärt klonats och deras uttrycksmönster studerats. Från detta och tidigt arbete med de grundläggande stadierna av HS / heparinbiosyntes med hjälp av ett musmastocytomcellfritt system är mycket känt om ordningen på enzymreaktioner och specificitet.
kedjans initieringredigera
HS-syntes initieras med överföring av xylos från UDP-xylos med xylosyltransferas (XT) till specifika serinrester i proteinkärnan. Utmätning av två galaktos (Gal) rester av galactosyltransferases i och II (GalTI och GalTII) och glukuronsyra (GlcA) av glucuronosyltransferase jag (GlcATI) kompletterar bildandet av en tetrasaccharide primer O-kopplade till en serin av core-protein:
ßGlcUA-(1→3)-ßGal-(1→3)-ßGal-(1→4)-ßXyl-O-Ser.
xylos-bindning till kärnproteinet tros inträffa i endoplasmatisk retikulum (ER) med ytterligare montering av länkregionen och resten av kedjan som förekommer i Golgi-apparaten.
vägarna för HS/heparin eller kondroitinsulfat (CS) och dermatansulfat (DS) biosyntes avviker efter bildandet av denna vanliga tetrasackaridbindningsstruktur. Nästa enzym att agera, GlcNAcT-i eller GalNAcT-i, leder syntesen, antingen till HS/heparin respektive CS/DS.
Kedjeförlängningedit
efter fastsättning av den första n-acetylglukosaminresten (GlcNAc) fortsätter förlängningen av tetrasakridlänkaren genom stegvis tillsats av GlcA-och GlcNAc-rester. Dessa överförs från deras respektive UDP-sockernukleotider. Detta utförs av en eller flera relaterade enzymer vars gener är medlemmar i exostoses (EXT) genfamilj av tumörsuppressorer.
mutationer vid EXT1 – 3-genlokalerna hos människor leder till en oförmåga hos celler att producera HS och till utvecklingen av sjukdomen flera ärftliga exostoser (MHE). MHE kännetecknas av brosktäckta tumörer, kända som osteokondrom eller exostoser, som främst utvecklas på de långa benen hos drabbade individer från tidig barndom till puberteten.
Chain modificationEdit
som en HS-kedjepolymeriseras genomgår den en serie modifieringsreaktioner utförda av fyra klasser av sulfotransferaser och ett epimeras. Tillgängligheten av sulfatdonatorpapparna är avgörande för sulfotransferasernas aktivitet.
N-deacetylering/n-sulfationEdit
den första polymermodifieringen är N-deacetylering/n-sulfatering av GlcNAc-rester i GlcNS. Detta är en förutsättning för alla efterföljande modifieringsreaktioner och utförs av en eller flera medlemmar i en familj av fyra GlcNAc N-deacetylas/n-sulfotransferasenzymer (NDSTs). I tidiga studier visades det att modifierande enzymer kunde känna igen och verka på vilken n-acetylerad rest som helst i den formande polymeren. Därför bör modifieringen av GlcNAc-rester ske slumpmässigt i hela kedjan. I HS grupperas emellertid n-sulfaterade rester huvudsakligen tillsammans och separeras av regioner med N-acetylering där GlcNAc förblir omodifierad.
det finns fyra isoformer av NDST (NDST1–4). Både N-deacetylas och n-sulfotransferasaktiviteter är närvarande i alla NDST-isoformer men de skiljer sig avsevärt i deras enzymatiska aktiviteter.
generering av GlcNH2Edit
på grund av att N-deacetylas och n-sulfotransferas utförs av samma enzym är N-sulfatering normalt tätt kopplad till N-acetylering. GlcNH2-rester som härrör från uppenbar koppling av de två aktiviteterna har hittats i heparin och vissa arter av HS.
Epimerisering och 2-o-sulfationEdit
Epimerisering katalyseras av ett enzym, GlcA C5-epimeras eller heparosan-n-sulfat-glukuronat 5-epimeras (EC 5.1.3.17). Detta enzym epimeriserar GlcA till iduronsyra (IdoA). Substratigenkänning kräver att GlcN-återstoden kopplad till den icke-reducerande sidan av ett potentiellt GlcA-mål är N-sulfaterad. Uronosyl-2-O-sulfotransferas (2ost) sulfater de resulterande IdoA-resterna.
6-o-sulfationEdit
tre glukosaminyl-6-o-transferaser (6ost) har identifierats som resulterar i bildandet av GlcNS(6S) intill sulfaterad eller icke-sulfaterad IdoA. GlcNAc (6S) finns också i mogna HS-kedjor.
3-o-sulfationEdit
för närvarande sju glukosaminyl-3-o-sulfotransferaser (3ost, Hs3st) är kända för att existera i däggdjur (åtta i zebrafisk). 3ost-enzymerna skapar ett antal möjliga 3-o-sulfaterade disackarider, inklusive GlcA-GlcNS (3S 6S) (modifierad av HS3ST1 och HS3ST5), IdoA(2s)-GlcNH2(3S 6S) (modifierad av HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST5 och HS3ST6) och GlcA/Idoa(2s)-GlcNS (3s) (modifierad av HS3ST2 och HS3ST4). Som med alla andra HS-sulfotransferaser använder 3OSTs 3 ’- fosfoadenosin-5 ’ – fosfosulfat (PAPS) som sulfatdonator. Trots att den är den största familjen av HS-modifieringsenzymer, producerar 3OSTs den sällsynta HS-modifieringen, 3-o-sulfateringen av specifika glukosaminrester vid C3-OH-delen.
3ost är indelade i två funktionella underkategorier, de som genererar ett antitrombin III-bindningsställe (HS3ST1 och HS3ST5) och de som genererar ett herpes simplexvirus 1 glykoprotein D (HSV-1 gD) bindningsställe (HS3ST2, HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST4, HS3ST5 och HS3ST6). Eftersom 3ost är den största familjen av HS-modifieringsenzymer och deras handlingar är hastighetsbegränsande, substratspecifika och producerar sällsynta modifieringar, har det antagits att 3OST-modifierad HS spelar en viktig reglerande roll i biologiska processer. Det har visats att 3-o-sulfatering kan förbättra bindningen av Wnt till glypican och kan spela en roll för att reglera Wnt i cancer.