GANGLIOSIDY: STRUKTURA, FUNKCE, SYNTÉZA A APLIKACE - BIOLOGIE - 2025

Tyto gangliosidy jsou membránové sfingolipidy, které patří do třídy kyselých glykosfingolipidů. Patří mezi nejhojnější glykolipidy a podílejí se na regulaci mnoha membránových vlastností, jakož i proteinů, které jsou s nimi spojeny. Obzvláště se vyskytují v nervových tkáních.

Vyznačují se přítomností zbytků cukru s karboxylovými skupinami (kyseliny sialové) a společně se sulfatidy, které obsahují O-sulfátovou skupinu navázanou na glukózový nebo galaktosový zbytek. Představují jednu ze dvou rodin kyselých glykosfingolipidů v eukaryotech.

Příklad struktury gangliosidu (Zdroj: Caitlin Sedwick, přes Wikimedia Commons)

Termín gangliosid byl vytvořen v roce 1939 německým biochemikem Ernstem Klenkem, když hovořil o směsi sloučenin extrahovaných z mozku pacienta s Niemann-Pickovou chorobou. První struktura gangliozidu však byla objasněna v roce 1963.

Sdílejí hydrofobní ceramidový skelet s ostatními sfingolipidy, které se skládají z molekuly sfingosinu vázané amidovou vazbou k mastné kyselině s 16 až 20 atomy uhlíku, s trans dvojitou vazbou mezi uhlíky ve 4 polohách a 5.

Struktura

Gangliozidy se vyznačují tím, že mají oligosacharidové řetězce ve své polární hlavové skupině, v jejímž složení jsou molekuly kyseliny sialové vázané p-glukosidickými vazbami na hydrofobní kostru ceramidu.

Jsou to velmi rozmanité molekuly s ohledem na rozmanité možné kombinace mezi oligosacharidovými řetězci, různými typy kyseliny sialové a nepolárními zbytky připojenými k ceramidové kostře, jak sfingosinu, tak mastných kyselin spojených amidovými vazbami k uvedené kostře.

V nervové tkáni jsou nejběžnější řetězce mastných kyselin mezi gangliosidy zastoupeny kyselinou palmitovou a stearovou.

Charakteristika polární skupiny

Oblast polární hlavy těchto sfingolipidů jim poskytuje silný hydrofilní charakter. Tato polární skupina je ve srovnání s fosfolipidy, jako je například fosfatidylcholin, velmi objemná.

Důvod pro tento objem souvisí s velikostí oligosacharidových řetězců a také s množstvím molekul vody asociovaných s těmito uhlohydráty.

Obecná struktura gangliosidů (Zdroj: Ryan_1991, přes Wikimedia Commons)

Kyseliny sialové jsou deriváty kyseliny 5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-galakto-non-2-ulopyranosové nebo neuraminové. V gangliosidech jsou známy tři typy sialových kyselin: 5-N-acetyl, 5-N-acetyl-9-O-acetyl a 5-N-glykolyl derivát, který je nejběžnější u zdravých lidí.

Obecně jsou savci (včetně primátů) schopni syntetizovat 5-N-glykolyl-neuraminovou kyselinu, ale lidé ji musí získat ze zdrojů potravy.

Klasifikace těchto lipidů může být založena jak na počtu zbytků kyseliny sialové (od 1 do 5), tak na jejich pozici v molekule glykosfingolipidu.

Nejběžnější oligosacharidová sekvence je Galp1-3GalNAcp1-4Galp1-4Glcp tetrasacharid, ale lze také nalézt méně zbytků.

Funkce

Přesné biologické důsledky gangliosidů nebyly zcela objasněny, zdá se však, že se podílejí na buněčné diferenciaci a morfogenezi, na vazbě některých virů a bakterií a na procesech buněčné adheze specifických pro daný typ jako ligandy pro proteiny. selectins.

V nervovém systému

Glykosfingolipidy s kyselinou sialovou mají zvláštní význam v nervovém systému, zejména v mozkových buňkách šedé hmoty. To souvisí se skutečností, že glykokonjugáty jsou obecně považovány za účinné informační a úložné prostředky pro buňky.

Jsou převážně umístěny ve vnější monovrstvě plazmatické membrány, a proto mají důležitou účast v glykalyxu společně s glykoproteiny a proteoglykany.

Tato glykalyx nebo extracelulární matrice je nezbytná pro pohyb buněk a aktivaci signálních drah zapojených do růstu, proliferace a genové exprese.

V buněčné signalizaci

Stejně jako u jiných sfingolipidů mají vedlejší produkty degradace gangliosidů také důležité funkce, zejména při signalizačních procesech a při recyklaci prvků pro tvorbu nových lipidových molekul.

V dvojvrstvu se gangliosidy vyskytují převážně v lipidových raftech bohatých na sfingolipidy, kde jsou stanoveny „glyko-signalizační domény“, které také zprostředkovávají intercelulární interakce a transmembránovou signalizaci stabilizací a asociací s integrálními proteiny. Tyto lipidové rafty plní důležité funkce v imunitním systému.

Ve struktuře

Podporují konformaci a správné skládání důležitých membránových proteinů, jako je GM1 gangliosid, při udržování spirálové struktury a-synukleinového proteinu, jehož aberantní forma je spojena s Parkinsonovou chorobou. Byly také spojeny s patologiemi Huntingtona, Tay-Sachsovy choroby a Alzheimerovy choroby.

Syntéza

Biosyntéza glykosfingolipidů je vysoce závislá na intracelulárním transportu vesikulovým tokem z endoplazmatického retikula (ER), přes Golgiho aparát a končící na plazmatické membráně.

Biosyntetický proces začíná tvorbou ceramidového skeletu na cytoplazmatické tváři ER. K tvorbě glykosfingolipidů dochází později v Golgiho aparátu.

Glykosidázové enzymy zodpovědné za tento proces (glukosyltransferáza a galaktosyltransferáza) se nacházejí na cytosolické straně Golgiho komplexu.

Přidání zbytků kyseliny sialové do rostoucího oligosacharidového řetězce je katalyzováno několika glykosyltransferázami, které jsou vázány na membránu, ale jsou omezeny na luminální stranu Golgiho membrány.

Různé linie důkazů naznačují, že k syntéze nejjednodušších gangliosidů dochází v rané oblasti Golgiho membránového systému, zatímco nejsložitější se vyskytují v „pozdějších“ regionech.

Nařízení

Syntéza je v první instanci regulována expresí glykosyltransferáz, ale mohou být také zahrnuty epigenetické jevy, jako je fosforylace zúčastněných enzymů a dalších.

Aplikace

Někteří vědci zaměřili svou pozornost na užitečnost konkrétního gangliosidu GM1. Toxin syntetizovaný V. cholera u pacientů s cholerou má podjednotku zodpovědnou za specifické rozpoznávání tohoto gangliosidu, který je přítomen na povrchu slizničních buněk střeva.

GM1 byl tedy použit pro rozpoznávání markerů této patologie, protože je zahrnut v syntéze liposomů používaných pro diagnostiku cholery.

Mezi další aplikace patří syntéza specifických gangliosidů a jejich vazba na stabilní nosiče pro diagnostické účely nebo pro čištění a izolaci sloučenin, pro které mají afinitu. Bylo také zjištěno, že mohou sloužit jako markery pro některé typy rakoviny.

Reference

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S. a Deannoy, P. (2015). Gangliosidy v rakovině prsu: nové perspektivy. Biochemistry (Moscow), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Aplikace liposomů senzibilizovaných na gangliozid v imunoanalytickém systému s injektováním toku pro stanovení toxinu cholery. Anální. Chem., 79 (1), 10795 - 10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipidová biochemie. (D. Hanahan, Ed.), Handbook of Lipid Research 3 (1. vydání). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. ed.). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Nemoci skladování gangliosidů: aktualizovaná recenze. Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219 - 226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliosidy. V S. Sonnino a A. Prinetti (Eds.), Methods in Molecular Biology 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Spojené státy.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Metabolismus gangliosidů. The Journal of Biological Chemistry, 268 (8), 5341-5344.