Struktur och funktion av proteoglykaner

proteoglykaner är allestädes närvarande molekyler som fungerar som kritiska komponenter i den extracellulära matrisen. Dessa proteiner består av glykosaminoglykankedjor som är kovalent bundna till en proteinkärna. Även om bara en handfull proteiner har benägenheten att bli proteoglykaner, är deras utbud av funktioner och potentiella roller i organismens utveckling extremt bred.

denna artikel kommer att omfatta:

• struktur av proteoglykaner
• cellulära funktioner
• signaltransduktion
• funktioner i modellorganismer

Vektormin |

struktur av proteoglykaner

kolhydrat

proteoglykaner fungerar snarare som polysackarider än proteiner som 95% av deras vikt består av glykosaminoglykan. Glykosaminoglykankedjorna består av alternerande hexosamin-och hexuronsyra-eller galaktosenheter. Det finns också glykopeptidbindningsregioner som förbinder polysackaridkedjorna med kärnproteinerna som innehåller N – och/eller O-länkade oligosackarider.

den vanliga polymersekvensen av glykosaminoglykaner är ett resultat av de repetitiva enheterna av glykosaminoglykankedjor. En studie av glykosaminoglykankedjor avslöjade emellertid markerad heterogenitet i de enskilda polysackaridenheterna.

kärnproteiner

proteoglykaner kan klassificeras på grundval av deras kärnproteiner. Till exempel består en familj av stora extracellulära kondroitinsulfatproteoglykaner som specifikt kan interagera med hyaluronsyra. Flera proteoglykaner i den extracellulära matrisen och proteoglykaner som finns i olika bindväv tillhör denna kategori.

en annan familj av proteoglykan består av små homologa kärnproteiner som inkluderar en eller två glykosaminoglykankedjor. Dessa små kärnproteiner innefattar decorin, biglycan, fibromodulin, etc. Heparansulfatproteoglykaner finns i det extracellulära eller källarmembranet och är relaterade till heparansulfatproteoglykan som utsöndras av Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) tumörcellinje.

serglykanerna är intracellulära proteoglykaner som består av kärnproteinsekvenser av serin-och glycinenheter som är kraftigt substituerade med heparankedjor. Alla kärnproteiner innehåller en glykosaminoglykansubstitutionsdomän och de flesta proteoglykanerna är fästa vid makromolekyler närvarande i den extracellulära matrisen genom domäner som finns i kärnproteinerna.

glykosaminoglykan-substitutionsdomäner

glykosaminoglykankedjorna är bundna till serinresterna som finns i kärnproteinerna. Förlängningen av kedjan initieras genom xylosylering av specifika serinrester. Serinenheterna som är mottagliga för xylosylering förekommer i den specifika tetrapeptidsekvensen som föregås av några sura rester. Syntetiska peptider som innehåller denna sekvens har visat sig vara adekvata substrat för xylosylering in vitro.

cellulära funktioner

alla cellulära processer involverar interaktioner vid cellens yta, inklusive cellens interaktion med matrisen, med andra celler, såväl som med ligander. Dessa interaktioner involverar proteoglykaner eftersom dessa molekyler binder ivrigt med proteinerna och är rikligt närvarande på ytan.

i en studie beskrivs heparansulfatproteoglykanernas roll under de kritiska utvecklingsstadierna, inklusive generering och differentiering av neuroner, axonal vägledning, synapsutveckling etc.

ett av tumörcellernas kritiska beteenden är en lokal invasion och avlägsen metastas. Dessa beteenden involverar vidhäftning till celler, motilitet och tillväxt – alla dessa faktorer påverkas av proteoglykaner.

en annan studie visade att heparansulfatproteoglykaner antingen kan hämma eller förbättra dessa aktiviteter baserat på cell-eller vävnadstypen, tumörens patofysiologi och det specifika metastassteget som påverkas.

signaltransduktion

de två huvudfamiljerna av cellyteheparansulfatproteoglykaner är syndekaner och glypikaner. Dessa två familjer binder till flera tillväxtfaktorer och matrisproteiner och är involverade i olika signaltransduktionsvägar som är inblandade i proliferationen av celler och cellformförändringar.

Syndekaner är transmembranproteiner som är kopplade till cellmembranet med hjälp av glykosylfosfatidylinositol (GPI) lipidankare. Det finns fyra kända däggdjurssyndekanproteiner. Medan strukturen hos dessa proteiner är ganska lik flera delade cytoplasmatiska, juxtamembran-och transmembrandomäner, har de också distinkta regioner och fördelningar inuti celler. Både konserverade och divergerande proteinpartners har roller i proteoglykanernas cellulära och utvecklingsfunktioner.

nya studier utförda på Drosophila, Möss och människor visade hur proteoglykaner kan vara inblandade i celltillväxt och differentiering. De har också särskilda roller för att reglera molekylerna som är involverade i signalvägar, såsom FGFs, BMP, Wnts, Hhs, IGFs, etc. Men den exakta mekanismen för hur dessa molekyler fungerar är fortfarande inte helt förstådd.

funktioner i modellorganismer

merparten av informationen om hur proteoglykaner fungerar kommer från studier i fruktfluga och nematodmask, Caenorhabditis elegans. Många av däggdjurscellytorna heparansulfatproteoglykaner har homologer i fluga och mask.

även om det finns många skillnader i struktur och funktion när fluga och däggdjurssystem jämförs, efterliknas flera funktioner hos Drosophila glypicans och syndecan hos däggdjur, vilket tyder på konserverade funktioner.

Vidare läsning

• Allt innehåll av celladhesion
• Vad är celladhesion?
• Cell-Matrix Adhesion översikt
• Vad är den extracellulära matrisen?
• Vad är Epithelial-mesenkymal övergång (EMT)?

citat