Glykoproteiny

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Glykoproteiny jsou proteiny s navázanými sacharidy. Glykosylace se nazývá proces, kterým se sacharidy na protein navazují. Jedná se o jednu z možných postranslačních modifikací proteinů. Glykosylace probíhají převážně v endoplazmatickém retikulu a Golgiho aparátu. Podle typu vazby, kterou jsou sacharidy na proteiny navázány dělíme glykoproteiny na N-glykoproteiny, O-glykoproteiny a nově také C-glykoproteiny a fosfoglykoproteiny. Enzymy katalyzující přenos a navázání sacharidů na proteiny se nazývají glykosyltransferasy (např. galaktosyltransferasa – enzym přenášející galaktosu).

Kromě specifického, řízeného připojování sacharidů na proteiny může v organismu docházet i k nespecifickému, spontánním dějům – tzv. glykacím. Narozdíl od glykosylací, nespecifické glykace mohou poškodit funkci proteinů. Nespecifické glykace jsou hlavně problémem u lidí s diabetem (kteří při nedodržování diety trpí zvýšenou hladinou glukosy (a jiných sacharidů) v krvi)

Glykoproteiny a glykosylace jsou typické hlavně pro eukaryota, nicméně glykosylované proteiny jsou známé i u prokaryot (převážně O-glykosylace).^[1], ^[2]

Obsah 1 skupiny glykoproteinů 1.1 N-glykoproteiny 1.2 O-glykoproteiny 1.3 C-glykoproteiny 1.4 fosfoglykoproteiny 2 zdroje sacharidů pro glykosylace 3 příklady role sacharidů v glykoproteinech 4 studium glykoproteinů 4.1 detekce glykoproteinů 4.2 sekvenace oligo- a polysacharidů 4.3 studium protein-sacharidových interakcí

[editovat] skupiny glykoproteinů

Sacharidy jsou na protein vázány glykosidovou vazbou. Glykosidová vazba je speciální označení acetálové vazby u sacharidů. Sacharidy tvoří stabilní cyklické hemiacetály (reakcí jejich karbonylové skupiny s některou –OH na konci jejich řetězce), které jsou dále schopné reagovat s –OH nebo –NH₂ skupinami (proteinů, jiných sacharidů, nukleotidových bází, ...) za tvorby acetálů. ^[3]

[editovat] N-glykoproteiny

Oligosacharidy jsou vázány N-glykosidickou vazbou jsou na asparagin v sekvenci Asn-Xaa-Ser/Thr (kde Xaa může být jakákoliv aminokyselina kromě prolinu). K N-glykosylacím dochází v drsném endoplazmatickém retikulu během syntézy proteinu. Sacharidy se přenáší na protein en block (v kuse) v podobě tetradekasacharidu, který je pak dále v endoplazmatickém retikulu a Golgiho aparátu upravován. Důležitou roli v syntéze N-vázaných oligosacharidů hraje dolichol, izoprenoidní látka zakotvená v membráně endoplazmatického retikula, která slouží jako přenašeč sacharidů při syntéze. ^[4]

U prokaryot také můžeme nalézt N-glykoproteiny, proces syntézy je obdobný eukaryotickému. ^[5]

[editovat] O-glykoproteiny

se označují proteiny, které mají připojené sacharidy na –OH skupinách svých serinů / threoninů. K O-glykosylaci dochází převážně v jednotlivých oddílech Golgiho aparátu. Sacharidy jsou připojovány na protein postupně ( na rozdíl od N-vázaných oligosacharidů) bez dolicholového prekurzoru

• mucinový typ – nejrozšířenější typ O-glykoproteinů u savců. Muciny a podobné proteiny jsou sekretovány sliznicemi. Muciny často obsahují velké množství navázaných sacharidů (až 50% (w/w)) většinou ve formě kratších oligosacharidů. Základem je vždy α-N-acetylgalaktosamin (α-GalNAc) navázaný na serin nebo threonin. Nebyla definována žádná specifická sekvence, která by rozhodovala o tom, který serin nebo threonin bude glykosylován, nicméně tyto seriny/theroniny se nalézají v oblastech bohatých na serin, threonin, alanin a prolin. Dalším rozhodujícím faktorem jsou sekundární a terciální struktury.

• proteoglykanový typ (O-xylosylace) – další rozšířenou skupinou proteinů s O-vázanými polysacharidy jsou proteoglykany. Proteoglykany tvoří podstatnou složku extracelulární hmoty a sekretů sliznic. Sacharidovou složkou jsou často kyselé polysacharidy typu heparansulfát, chondroitinsulfát apod. Prvním krokem glykosylace proteoglykanů je přidání β-xylosy na serin / threonin, který je vzápětí rozšířen na oligosacharid:GlcAβ(1-3)Galβ(1-3)Galβ(1-4)Xylβ-Ser. K tomuto oligosacharidu jsou opakovaně přidávány další monosacharidy (N-acetylglukosamin (GlcNAc) a glukuronová kyselina (GlcA). Takto nasyntetizovaný polysacharidový řetězec je dále upravován (N-deacetylace, epimerizace GlcA na kyselinu idunoronovou a O- a N- sulfatace).^[6]

• O-fukosylace – nově objevená O-glykosylace, která narozdíl od ostatních neprobíhá v Golgiho aparátu, ale v endoplazmatickém retikulu. ^[7]

• O-GlcNAc glykosylace – vazba N-acetylglukosaminu (GlcNAc) na serin nebo threonin, na který už se většinou další sacharidy nevážou. Objevením tohoto typu glykosylace byla popřena dvě dogmata glykobiochemie: k O-GlcNAc glykosylaci dochází na rozdíl od ostatních glykosylací v cytoplasmě a jádře a O-GlcNAc není statickou modifikací, ale podobně jako fosforylace / defosfoylace proteinů slouží k rychlému ovlivnění funkce některých proteinů. Tento typ glykosylace se může podílet na regulaci transkripčních aktivit, enzymatických aktivit, ochraně před degradací proteinů proteasomem, nukleárním transportu.^[8]

• O-manosylace ^[9]

[editovat] C-glykoproteiny

Nově objevená skupina glykoproteinů u savců, ve kterých je D-manosa navázaná C-glykosidovou vazbou na C-2 uhlík tryptofanu, který je v sekvenci Trp-Xaa-Trp. K úpravě dochází v endoplazmatickém retikulu a donorem manosy je dolichol-manosa (viz N-glykopreteiny). Role C-glykosylace je doposud nejasná.^[10]

[editovat] fosfoglykoproteiny

zahrnují několik skupin proteinů, které mají na připojený sacharid na Thr / Ser proteinu přes fosfodiesterovou vazbu. Tento typ glykosylace zatím nebyl nalezen u savců, což ji činí potenciálním cílem pro vývoj nových léků.^[11]

[editovat] zdroje sacharidů pro glykosylace

Sacharidy využívané v biosyntéze (včetně glykosylací) nejsou většinou používány přímo, ale teprve po navázání na nukleotidové přenašeče. Tyto přenašeče jsou různé pro jednotlivé sacharidy.

tabulka nukleotidových přenašečů sacharidů

UDP	GDP	CMP
Glc	Man	Sia
GlcNAc	Fuc
Gal
GalNAc

[editovat] příklady role sacharidů v glykoproteinech

• interakce leukocytů s endotheliem kapilár v místě infekce
• vznik rezervoáru spermií v oviduktu (vejcovodu)
• degradace nesprávně sbalených proteinů v endoplasmatickém retikulu pomocí N-vázaných polymanosových oligosacharidů. ^[12]

[editovat] studium glykoproteinů

[editovat] detekce glykoproteinů

• metoda dle Duboise – obecná metoda stanovení sacharidů založená na dehydrataci sacharidů kyselinou sírovou za vzniku furfuralů a jejich následná kondenzace s fenolem, která dává vzniknout žlutohnědému produktu, jehož koncetrace (odpovídající koncenteraci původního sacharidu / sacharidů se dá spektrofotometricky stanovit.
• specifické barvení glykoproteinů v polyakrylamidovém gelu – proteiny jsou rozděleny pomocí SDS elektroforesy(SDS-PAGE), získaný polyakrylamidový gel se inkubuje v roztoku kyseliny iodisté, která oxiduje sacharidové složky glykoproteinů na dialdehydy. Ty pak v následujícím kroku redukují Ag⁺. Glykoproteiny se objeví jako hnědé proužky
• lektinové studie – lektiny (proteiny, které jsou schopné specificky rozpoznávát a vázat určité mono- nebo oligosacharidy) se nechají zreagovat s proteiny. Jejich navázání je důkazem přítomnosti určitých (pro daný lektin specifických) sacharidových struktur.

[editovat] sekvenace oligo- a polysacharidů

Na rozdíl od proteinů nebo nukleových kyselin, sacharidy tvoří často větvené polymery, což výrazně komplikuje určování struktur. Navíc každý sacharid poskytuje většinou 5-6 míst (-OH skupin), na které se mohou další sacharidy vázat. Pro určení, které hydroxylové skupiny jsou v oligo/polysacharidu volné se používá methylačích činidel, která nespecificky methylují tyto –OH skupiny. Po hydrolýze a rozdělení na jednotlivé monosacharidy se určí, které –OH skupiny se účastní vazeb a které jsou volné Pro pořadí jednotlivých monosacharidů se využívá různých exoglykosidas (enzymů, které odštěpují sacharidy od vnějšího konce směrem k proteinu)

[editovat] studium protein-sacharidových interakcí

• metoda ELBA – analogie k metodě ELISA. Na dno polystyrenových mikrotitračních destiček se připevní glykoprotein (nebo oligosacharid / polysacharid), pak se k němu přidá zkoumaný předem biotinylovaný protein, o němž se předpokládá, že by mohl rozpoznávat sacharidovou část glykoproteinu. Po promytí pokud došlo k interakci, tak biotinylový protein zůstává přichycen, což se vizualizuje pomocí avidin-peroxidasy (nebo avidin-alkalické fosfatasy). Během inkubace zkoumaných látek (glykoproteinu a biotinylovaného proteinu) se může do inkubační směsi přidat např. monosacharid/ oligosacharid a sleduje se případná inhibice interakce.

• western blott
• použití glykosidas a glykosyltransferas – pomocí těchto skupin enzymů se modifikují sacharidové složky glykoproteinů a sleduje se vliv těchto modifikací na dané protein-sacharidové interakce (zesílení, zeslabení, objevení, vymizení)

1. ↑ Voet D, Voet JD, Pratt CW; Fundamentals of Biochemistry, 2006 John Wiley and sons
2. ↑ Lodish et al.; Molecular Cell Biology, 2004, W.H. Freeman and Company
3. ↑ McMurry J; Organic Chemistry, 2004, Brooks/Cole
4. ↑ Weerapana E, Imperialy B, Asparagin-linked protein glycosylation: from eukaryotic to prokaryotic system, Glycobiology, vol 16, no.6 pp. 91R-101R, 2006
5. ↑ Nita-Lazar M, Wacker M, Schegg B, Amber S, Aebi M.; The N-X-S/T consensus sequence is required but not sufficient for bacterial N-linked protein glycosylation, Glycobiology. 2005 Apr;15(4):361-7. Epub 2004 Dec 1
6. ↑ Buskas T, Ingale S, Boons GJ, Glycopeptides as versatile tool for glycobiology, Glycobiology, vol.16, no.8, pp. 113R-136R, 2006
7. ↑ Ma B, Simala-Grant JL, Taylor DE; Fucosylation in prokaryotes and eukaryotes, Glycobiology, vol.16, no12, pp. 158R-184R, 2006
8. ↑ Guinez C, Morelle W, Michalski JC, Lefebvre T; O-GlcNAc glycosylation: a signal for the nuclear transport of cytosolic proteins,...,37 (2005) 765-774
9. ↑ Endo T; Structure, function and pathology of O-mannosyl glycans; Glycoconjugate Journal 21, 3-7, 2004
10. ↑ Vliegenthart JFG, Casset F; Novel forms of protein glycosylation; Curr. Opin. Struct. Biol.; 8, 565-571,(1998)
11. ↑ Haynes PA; Phosphoglycosylation: a new structural class of glycosylation? Glycobiology,8, 1-5 (1998)
12. ↑ Spiro RG; Role of N-linked polymannose oligosaccharides in targeting glycoproteins for endoplasmatic reticulum-associated degradation; CMLSm Cell. Mol. Life Sci. 61 (2004), 1025-1041