Glikozilacija

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu

Glikozilacija je reakcija u kojoj je ugljikohidrat, tj. donor glikozila, vezan za hidroksil ili drugu funkcijsku grupu druge molekula (glikozil akceptor). U biologiji se glikozilacija odnosi posebno na enzimski proces koji veže glikane na glikoproteine ili druge organske molekule, ali zapravo za ovu hemikaliju reakcija također može biti neenzimatska. Enzimski proces stvara jedan od osnovnih biopolimera, koji se nalaze u ćelijama (zajedno sa DNK, RNK i proteinima). Glikozilacija je oblik kotranslacije i posttranslacijska modifikacija. Glikani imaju različite strukturne i funkcijske uloge u membranskim i izlučenim proteinima.[1] Većina proteina sintetiziranih u hrapavom endoplazmatskom retikulumu prolazi kroz glikozilaciju. To je enzimski usmjeren postupak specifičan za mjesto, za razliku od neenzimske hemijske reakcije glikacije. Glikozilacija se također odvija u citoplazmi i jedru, kao modifikacija O-GlcNAc-a. Aglikozilacija je obilježje konstruiranih antitijela koja zaobilaze glikozilaciju.[2][3] Proizvodi se pet klasa glikana:

Namjena[uredi | uredi izvor]

NMDA receptor glikozilacije u nervnom sistemu:
1. Ćelijska membrana
2. Kanal blokiran Mg2+ na mjestu blokade (3)
3. Blokada ćrlije pomoću Mg2+
4. Mjesto vezanja spojeva halucinogena
5. Mjesto vezanja za Zn2+
6. Mjesto vezanja za agoniste (glutamat)
i / ili antagonističke ligande (APV)
7. Mjesto glikozilacije
8. Protonska mjesta vezanja
9. Mjesta vezanja glicina
10. Mjesto vezanja poliamina
11. Vanćelijski prostor
12. Unutarćelijski prostor
13. Podjedinica kopleksa
14. Glutamat
15. Fosfatne grupe

Glikozilacija je postupak kojim je ugljikohidrat kovalentno vezan za ciljnu makromolekulu, tipski protein i lipid. Ova modifikacija služi raznim funkcijama.[4] Naprimjer, neki se proteini ne savijaju pravilno ako nisu glikozilirani. U drugim slučajevima proteini nisu stabilni ukoliko ne sadrže oligosaharide, povezane na amidni dušik nekih ostataka asparagina. Uticaj glikozilacije na savijanje i stabilnost glikoproteina je dvojak. Prvo, visoko topljivi glikani mogu imati direktan fizičko-hemijski stabilizacijski učinak. Drugo, N-povezani glikani posreduju u kritičnoj kontrolnoj tački kontrole kvaliteta u presavijanju glikoproteina u endoplazmatskom retikulumu.[5] Glikozilacija također ima ulogu u adheziji ćelija sa ćelijom (mehanizam koji koriste ćelije imunskog sistema), putem proteini koji vežu šećer, zvani lektini, koji prepoznaju specifični ugljikohidratni dijelovi. Glikozilacija je važan parametar u optimizaciji mnogih lijekova na bazi glikoproteina, kao što su monoklonska antitijela. Glikozilacija je također osnova ABO sistema krvnih grupa. Prisustvo ili odsustvo glikoziltransferaze diktira koji je krvnogrupni antigen predstavljen, a time i koje su specifičnosti antitijela ispoljen. Ova imunska uloga možda je dovela do diverzifikacije heterogenosti glikana i stvara prepreku za zoonozni prenos virusa.[6] Pored toga, glikozilaciju virusi često koriste da bi zaštitili virusni protein od imunskog prepoznavanja. Značajan primjer je gusti glikanski štit omotača šiljka virusa ljudske imunodeficijencije.[7]

Sve u svemu, glikozilaciju treba shvatiti pod vjerovatnim evolucijskim selekcijskim pritiscima, koji su je oblikovali. U jednom modelu, diverzifikacija se može smatrati isključivo rezultatom endogene funkcionalnosti (kao što je ćelijski promet. Međutim, vjerovatnije je da je diverzifikacija pokrenuta izbjegavanjem mehanizma infekcije patogenima (npr. u rodu Helicobacter, vezanjem za terminalne ostatke saharida) i da se tada raznolikost unutar višećelijskog organizma koristi endogeno.

Raznolikost glikoproteina[uredi | uredi izvor]

Glikozilacija povećava raznolikost u proteomima, jer se gotovo svaki njen aspekt može modificirati, kao što su:

  • Glikozidna veza – mjesto povezivanja glikana;
  • Sastav glikana – vrste šećera povezane s datim proteinima;
  • Glikanska struktura – mogu biti nerazgranati ili razgranati lanci šećera;
  • Dužina glikana – mogu biti oligosaharidi kratkog ili dugog lanca.

Mehanizmi[uredi | uredi izvor]

Postoje različiti mehanizmi za glikozilaciju, iako većina ima nekoliko zajedničkih karakteristika: [1]

Tipovi[uredi | uredi izvor]

N-vezana glikozilacija[uredi | uredi izvor]

N-vezana glikozilacija je vrlo rasprostranjen oblik glikozilacije i važna je za presavijanje mnogih eukariotskih glikoproteina i za vezanje ćelija–ćelija i ćelija–[[vanćelijski matriks. Proces N-vezane glikozilacije eukariotiima događa se u u lumenu endoplazmatskog retikuluma i široko u arhejama, ali vrlo rijetko kod bakterija. Pored njihove funkcije u savijanju proteina i ćelijskom vezanju, N-vezani glikani proteina mogu modulirati funkciju proteina, u nekim slučajevima djelujući kao prekidač za uključivanje / isključivanje.

O- vezana glikozilacija[uredi | uredi izvor]

O-vezana glikozilacija je oblik glikozilacije koja se javlja u eukariotima, u Golgijevom aparatu,[9] ma ali javlja se i kod Archaea i bakterija.

Glikozilacija fosfoserina[uredi | uredi izvor]

U literaturi, zabilježeni su ksiloza–, fukoza–, manoza– i GlcNAcfosfoserinski glikani. Fukozni i GlcNAc-ni pronađensu samo u Dictyostelium discoideum, manozni u Leishmania mexicana, a ksilozni u Trypanosoma cruzi. Mannozni je nedavno zabilježen kod kičmenjaka, miša, Mus musculus, na receptoru lamininskog receptora alfa-distroglikana4 na površini ćelije. Pretpostavlja se da ovaj rijetki nalaz može biti povezan s činjenicom da je alfa-distroglikan visoko konzerviran, od nižih kralježnjaka do sisara.[10]

C-manozilacija[uredi | uredi izvor]

Molekula manoze vezana je za C2 prvog triptofana u sekvenci

Prvom ostatku triptofana u sekvenci dodaje se šećer manoza W–X–X–W ((W = triptofan; X =bilo koja aminokiselina). C-C veza nastaje između prvog ugljika alfa–manoze i drugog ugljika triptofana.[11] Međutim, nisu sve sekvence koje imaju ovaj obrazac manozilirane. Utvrđeno je da zapravo postoje samo dvije trećine i jasna prednost da druga aminokiselina bude jedna od polarnih (Ser, Ala, Gly i Thr) kako bi došlo do manozilacije. Nedavno je došlo do napretka u tehnici predviđanja hoće li sekvenca biti mjesto za manodilaciju koji pruža tačnost od 93%, za razliku od tačnosti od 67% ako se samo uzme u obzir WXXW motiv. Trombospondini su jedan od proteina koji se najčešće modificiraju na ovaj način. Međutim, postoji još jedna grupa proteina koji prolaze kroz C-manozilaciju, tip I citokinskih receptora.[12] C– manozilacija je neuobičajena jer je šećer vezan za ugljik, a ne za reaktivni atom kao što su dušik ili kisik. U 2011. godini, utvrđena je prva kristalna struktura proteina koji imaju ovaj tip glikozilacije – strukture ljudskog komplementa 8.[13] Currently it is established that 18% of human proteins, secreted and transmembrane undergo the process of C-mannosylation.[14] Brojne studije pokazale su da ovaj proces ima važnu ulogu u lučenju trombospondina tipa 1, sa proteinima koji se zadržavaju u endoplazmatskom retikulumu ako nisu podvrgnuti C-manolizaciji. Ovo objašnjava zašto je tip citokinskih receptora, eritropoetinski receptor ostao u endoplazmatskom retikulumu ako nema C-manolacijskih mjesta.[15]

Formiranje GPI sidra (glipiranje)[uredi | uredi izvor]

Glipiranje je poseban oblik glikozilacije, koji karakterizira stvaranje GPI-sidra. U ovom tipu glikozilacije protein je vezan za lipidno sidro, putem lanca glikana. (Vidi također prenilacija.)

Hemijska glikozilacija[uredi | uredi izvor]

Glikozilacija se također može izvršiti upotrebom alata sintetske organske hemije. Za razliku od biohemijskih procesa, sintetska glikohemija se u velikoj mjeri oslanja na zaštitne grupe[16] (npr 4,6-O-benzilidena), kako bi se postigla željena regioselektivnost. Drugi izazov hemijske glikozilacije je stereoselektivnost da svaka glikozidna veza ima dva stereo ishoda, α/β ili cis/trans. Općenito, α- ili cis – glikozid predstavlja veći izazov za sintezu.[17] Razvijeni su i novi metodi, zasnovani na učešću rastvarača ili stvaranju bicikličnih sulfonijevih iona kao hiralno-pomoćnih grupa.[18]

Neenzimska glikozilacija[uredi | uredi izvor]

Neenzimatska glikozilacija je takođe poznata i kao glikacija ili neenzimatska glikacija. To je spontana reakcija i tip postranslacijska modifikacija proteina, što znači da mijenja njihovu strukturu i biološku aktivnost. To je kovalentno vezano između karbonilne grupe reducirajućeg šećera (uglavnom glukoze i fruktoze) i aminokiselinakog bočnog lanca proteina. U ovom procesu nije potrebna intervencija enzima. Odvija se preko i blizu vodnih kanala i isturenih tubula.[19]

Isprva reakcija tvori privremene molekule kojr kasnije prolaze kroz različite reakcije (Amadorijevo preuređivanje, reakcije Schiffova baza, Maillardove reakcije, umrežavanje) i formiraju trajne ostatke poznate kao krajnji proizvodi napredne glikacije (AGE).

AGE se akumuliraju u dugotrajnim vanćelijskim proteinima kao što je kolagen [20] koji je najglikoviraniji i strukturno najzastupljeniji protein, posebno kod ljudi. Također, neke studije su pokazale da spontanu neenzimsku glikozilaciju može pokrenuti i lizin.[21]

Deglikozilacija[uredi | uredi izvor]

Postoje različiti enzimi za uklanjanje glikana iz proteina ili uklanjanje nekog dijela lanca šećera.

Klinički značaj[uredi | uredi izvor]

Postoje tri tipa poremećaja glikozilacije, sortirana prema tipu promjena koje u procesu glikozilacije: urođene promjene, stečene i stečene neenzimske promjene.

  • Kongenitalne promjene: Kod ljudi, zabilježeno je preko 40 kongenitalnih poremećaja glikozilacije (CGD).[22] Mogu se podijeliti u četiri grupee: poremećaji bjelančevina N– glikozilacije, poremećaji bjelančevina O–glikozilacije, poremećaji glikozilacije lipida i poremećaji drugih puteva glikozilacije višestrukih puteva glikozilacije. Nije poznat nijedan efikasan tretman za bilo koji od ovih poremećaja. Njih 80% utiče na nervni sistem.
  • Stečene promjene: U ovoj drugoj grupi glavni poremećaji su zarazne bolesti, autoimunske bolesti ili rak. U tim slučajevima, promjene u glikozilaciji su uzrok određenih bioloških događaja. Naprimjer, kod reumatoidnog artritisa (RA), tijelo pacijenta proizvodi antitijela protiv enzima limfocita galaktoziltransferaze, koji inhibiraju glikozilaciju IgG. Stoga, promjene u N–glikozilaciji proizvode imunodeficijenciju koja je uključena u ovu bolest. U ovoj drugoj grupi također su i poremećaji uzrokovani mutacijama na enzimima koji kontroliraju glikozilaciju usječenih proteina, kao u poremećaju zvanom Alagilleov sindrom.[23]
  • Neenzimske promjene: Neenzimski poremećaji su također stečeni, ali su posljedica nedostatka enzima koji vežu oligosaharide na protein. U ovoj grupi izdvajaju se Alzheimerova bolest i dijabetes.[24]

Sve ove bolesti teško je dijagnosticirati, jer ne utiču samo na jedan organ, već na mnoge od njih i na različite načine. Kao posljedica toga, teško ih je liječiti. Međutim, zahvaljujući velikom napretku postignutom u sekvenciranju nove generacije, naučnici sada mogu bolje razumjeti ove poremećaje i otkrili su nove CDG.[25]

Efekti na terapijsku efikasnost[uredi | uredi izvor]

Zabilježeno je da glikozilacija kod sisara može poboljšati terapijsku efikasnost bioterapijama. Naprimjer, poboljšana je terapijska efikasnost rekombinantnih ljudskih interferona gama, izraženih u HEK  293, u odnosu na rezistentne ćelijske linije raka jajnika.[26]

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b Varki, Ajit, ured. (2009). Essentials of Glycobiology (2nd izd.). Cold Spring Harbor Laboratories Press. ISBN 978-0-87969-770-9.
  2. ^ Jung ST, Kang TH, Kelton W, Georgiou G (December 2011). "Bypassing glycosylation: engineering aglycosylated full-length IgG antibodies for human therapy". Current Opinion in Biotechnology. 22 (6): 858–67. doi:10.1016/j.copbio.2011.03.002. PMID 21420850.
  3. ^ "Transgenic plants of Nicotiana tabacum L. express aglycosylated monoclonal antibody with antitumor activity". Biotecnologia Aplicada. 2013.
  4. ^ Drickamer K, Taylor ME (2006). Introduction to Glycobiology (2nd izd.). Oxford University Press, USA. ISBN 978-0-19-928278-4.
  5. ^ Dalziel M, Crispin M, Scanlan CN, Zitzmann N, Dwek RA (January 2014). "Emerging principles for the therapeutic exploitation of glycosylation". Science. 343 (6166): 1235681. doi:10.1126/science.1235681. PMID 24385630.
  6. ^ Crispin M, Harvey DJ, Bitto D, Bonomelli C, Edgeworth M, Scrivens JH, Huiskonen JT, Bowden TA (March 2014). "Structural plasticity of the Semliki Forest virus glycome upon interspecies transmission". Journal of Proteome Research (jezik: engleski). 13 (3): 1702–12. doi:10.1021/pr401162k. PMC 4428802. PMID 24467287.
  7. ^ Crispin M, Doores KJ (April 2015). "Targeting host-derived glycans on enveloped viruses for antibody-based vaccine design". Current Opinion in Virology. Viral pathogenesis • Preventive and therapeutic vaccines. 11: 63–9. doi:10.1016/j.coviro.2015.02.002. PMC 4827424. PMID 25747313.
  8. ^ Walsh, Christopher (2006). Posttranslational Modification of Proteins: Expanding Nature's Inventory. Roberts and Co. Publishers, Englewood, CO. ISBN 978-0974707730.
  9. ^ Flynne, William G. (2008). Biotechnology and Bioengineering. Nova Publishers. str. 45ff. ISBN 978-1-60456-067-1.
  10. ^ Yoshida-Moriguchi T, Yu L, Stalnaker SH, Davis S, Kunz S, Madson M, Oldstone MB, Schachter H, Wells L, Campbell KP (January 2010). "O-Mannosyl phosphorylation of alpha-dystroglycan is required for laminin binding". Science. 327 (5961): 88–92. Bibcode:2010Sci...327...88Y. doi:10.1126/science.1180512. PMC 2978000. PMID 20044576.
  11. ^ Ihara, Yoshito. "C-Mannosylation: A Modification on Tryptophan in Cellular Proteins". Glycoscience: Biology and Medicine.
  12. ^ Aleksandra, Shcherbakova. "C-mannosylation supports folding and enhances stability of thrombospondin repeats". Pristupljeno November 2, 2020.
  13. ^ Lovelace LL, Cooper CL, Sodetz JM, Lebioda L (2011). "Structure of human C8 protein provides mechanistic insight into membrane pore formation by complement". J Biol Chem. 286 (20): 17585–92. doi:10.1074/jbc.M111.219766. PMC 3093833. PMID 21454577.
  14. ^ Julenius, Karin (May 2007). "NetCGlyc 1.0: prediction of mammalian C-mannosylation sites, K Julenius (2007)". Glycobiology. 17 (8): 868–876. doi:10.1093/glycob/cwm050. PMID 17494086.
  15. ^ Yoshimura (June 1992). "Mutations in the Trp-Ser-X-Trp-Ser motif of the erythropoietin receptor abolish processing, ligand binding, and activation of the receptor". The Journal of Biological Chemistry. 267 (16): 11619–25. PMID 1317872.
  16. ^ Crich D (August 2010). "Mechanism of a chemical glycosylation reaction". Accounts of Chemical Research. 43 (8): 1144–53. doi:10.1021/ar100035r. PMID 20496888.
  17. ^ Nigudkar SS, Demchenko AV (May 2015). "cis-Glycosylation as the driving force of progress in synthetic carbohydrate chemistry". Chemical Science. 6 (5): 2687–2704. doi:10.1039/c5sc00280j. PMC 4465199. PMID 26078847.
  18. ^ Fang T, Gu Y, Huang W, Boons GJ (March 2016). "Mechanism of Glycosylation of Anomeric Sulfonium Ions". Journal of the American Chemical Society (jezik: engleski). 138 (9): 3002–11. doi:10.1021/jacs.5b08436. PMC 5078750. PMID 26878147.
  19. ^ Henle, Thomas; Duerasch, Anja; Weiz, Alexander; Ruck, Michael; Moeckel, Ulrike (1 November 2020). "Glycation Reactions of Casein Micelles". Journal of Agricultural and Food Chemistry. 64 (14): 2953–2961. doi:10.1021/acs.jafc.6b00472. PMID 27018258.
  20. ^ Baynes, J. W.; Lima, M. (2013). Encyclopedia of Biological Chemistry. str. 405–411. ISBN 978-0-12-378631-9.
  21. ^ Świa̧tecka, D., Kostyra, H. and Świa̧tecki, A. (2010), Impact of glycated pea proteins on the activity of free‐swimming and immobilised bacteria. J. Sci. Food Agric., 90: 1837-1845. doi:10.1002/jsfa.4022
  22. ^ Jaeken J (2013). "Congenital disorders of glycosylation". Pediatric Neurology Part III. Handbook of Clinical Neurology. 113. str. 1737–43. doi:10.1016/B978-0-444-59565-2.00044-7. ISBN 9780444595652. PMID 23622397.
  23. ^ Hideyuki, Takeuchi (17 October 2014). "Significance of glycosylation in Notch signaling". Biochemical and Biophysical Research Communications. 453 (2): 235–42. doi:10.1016/j.bbrc.2014.05.115. PMC 4254162. PMID 24909690. Pristupljeno 2 November 2020.
  24. ^ Jiménez Martínez, María del Carmen (January–March 2002). "Alteraciones de la glicosilación en enfermedades humanas". Rev Inst Nal Enf Resp Mex. 15: 39-47. Pristupljeno 2 November 2020.CS1 održavanje: format datuma (link)
  25. ^ S. Kane, Megan (February 4, 2016). "Mitotic Intragenic Recombination:A Mechanism of Survivalfor Several Congenital Disorders of Glycosylation". The American Journal of Human Genetics. 98 (2): 339–46. doi:10.1016/j.ajhg.2015.12.007. PMC 4746335. PMID 26805780. Pristupljeno 1 November 2020.
  26. ^ Razaghi A, Villacrés C, Jung V, Mashkour N, Butler M, Owens L, Heimann K (October 2017). "Improved therapeutic efficacy of mammalian expressed-recombinant interferon gamma against ovarian cancer cells". Experimental Cell Research. 359 (1): 20–29. doi:10.1016/j.yexcr.2017.08.014. PMID 28803068.

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]