GLYKOSYLACE PROTEINŮ: TYPY, PROCES A FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Glykosylace proteinu je posttranslační modifikací je přidání oligosacharidových řetězců lineární nebo rozvětvený proteinu. Výsledné glykoproteiny jsou obecně povrchové proteiny a proteiny sekreční dráhy.

Glykosylace je jednou z nejčastějších modifikací peptidů mezi eukaryotickými organismy, ale také se ukázalo, že se vyskytuje u některých druhů archaea a bakterií.

Příklad oligosacharidových řetězců, které se mohou vázat na proteiny glykosylací (Dna 621, od Wikimedia Commons)

V eukaryotech se tento mechanismus vyskytuje mezi endoplazmatickým retikulem (ER) a komplexem Golgi, s intervencí různých enzymů zapojených jak do regulačních procesů, tak do tvorby kovalentních vazeb protein + oligosacharid.

Druhy glykolýzy

V závislosti na vazebném místě oligosacharidu k proteinu lze glykosylaci klasifikovat do 4 typů:

N-

Je to nejběžnější ze všech a dochází, když se oligosacharidy vážou k dusíku amidové skupiny asparaginových zbytků v motivu Asn-X-Ser / Thr, kde X může být jakákoli aminokyselina kromě prolinu.

NEBO

Když se sacharidy vážou na hydroxylovou skupinu serinu, threoninu, hydroxylysinu nebo tyrosinu. Jde o méně běžnou modifikaci a příklady jsou proteiny, jako je kolagen, glykophorin a muciny.

C-

Spočívá v přidání manosového zbytku, který se váže na protein vazbou CC s C2 indolové skupiny v tryptofanových zbytcích.

Glipiation (z angličtiny “

Polysacharid působí jako můstek pro připojení proteinu k glykosylfosfatidylinositolu (GPI) kotvě na membráně.

Proces

V eukaryotech

N-glykosylace je ta, která byla studována nejpodrobněji. V savčích buňkách začíná proces v hrubé ER, kde se předem vytvořený polysacharid váže na proteiny, jak se objevují z ribozomů.

Uvedený prekurzorový polysacharid je složen ze 14 zbytků cukru, jmenovitě: 3 zbytků glukózy (Glc), 9 manosy (Man) a 2 N-acetylglukosaminů (GlcNAc).

Tento prekurzor je běžný u rostlin, zvířat a jednobuněčných eukaryotických organismů. Je vázán na membránu díky vazbě s molekulou dolicholu, isoprenoidního lipidu zabudovaného do ER membrány.

Po jeho syntéze je oligosacharid přenesen enzymovým komplexem oligosacaryltransferázy na asparaginový zbytek obsažený v tri-peptidové sekvenci Asn-X-Ser / Thr proteinu během jeho translace.

Tři zbytky Glc na konci oligosacharidu slouží jako signál pro správnou syntézu oligosacharidů a jsou štěpeny spolu s jedním ze zbytků Man před tím, než je protein přenesen do Golgiho aparátu pro další zpracování.

Jakmile je v Golgiho aparátu, mohou být oligosacharidové části připojené k glykoproteinům modifikovány přidáním galaktózy, kyseliny sialové, fukózy a mnoha dalších zbytků, čímž se získají řetězce mnohem větší rozmanitosti a složitosti.

Zpracování oliosacharidů (Dna 621, od Wikimedia Commons)

Enzymatická aparatura, která je potřebná pro provádění glykosylačních procesů, zahrnuje četné glykosyltransferázy pro přidání cukrů, glykosidázy pro jejich odstranění a různé nukleotidové transportéry cukru pro příspěvek zbytků používaných jako substráty.

V prokaryotech

Bakterie nemají intracelulární membránové systémy, takže počáteční tvorba oligosacharidů (pouze 7 zbytků) se vyskytuje na cytosolické straně plazmatické membrány.

Uvedený prekurzor je syntetizován na lipidu, který je pak translokován flipázou závislou na ATP do periplazmatického prostoru, kde dochází k glykosylaci.

Dalším důležitým rozdílem mezi eukaryotickou a prokaryotickou glykosylací je to, že enzym oligosacharid transferáza (oligosacaryltransferáza) z bakterií může přenášet zbytky cukru na volné části již složených proteinů, nikoli proto, že jsou translatovány ribozomy.

Kromě toho peptidový motiv rozpoznávaný tímto enzymem není stejná eukaryotická tri-peptidová sekvence.

Funkce

N-oligosacharidy navázané na glykoproteiny slouží různým účelům. Například některé proteiny vyžadují tuto posttranslační modifikaci k dosažení správného složení své struktury.

Jiným poskytuje stabilitu, a to buď zamezením proteolytické degradace, nebo proto, že tato část je nezbytná pro splnění jejich biologické funkce.

Protože oligosacharidy mají silný hydrofilní charakter, jejich kovalentní přidání k proteinu nutně modifikuje jeho polaritu a rozpustnost, což může mít význam z funkčního hlediska.

Po připojení k membránovým proteinům jsou oligosacharidy cennými informačními nosiči. Účastní se procesů buněčné signalizace, komunikace, rozpoznávání, migrace a adheze.

Mají důležitou roli při srážení krve, hojení a imunitní reakci, jakož i při zpracování kontroly kvality bílkovin, která je pro buňku závislá na glykanech a nezbytná.

Důležitost

Nejméně 18 genetických chorob bylo spojeno s proteinovou glykosylací u lidí, z nichž některá zahrnují špatný fyzický a duševní vývoj, zatímco jiná mohou být fatální.

Existuje stále více objevů souvisejících s glykosylačními chorobami, zejména u dětských pacientů. Mnoho z těchto poruch je vrozených a souvisí s defekty spojenými s počátečním stádiem tvorby oligosacharidů nebo s regulací enzymů, které se účastní těchto procesů.

Protože velká část glykosylovaných proteinů tvoří glykalyx, existuje zvýšený zájem o ověření, že mutace nebo změny v glykosylačních procesech mohou souviset se změnou v mikroprostředí nádorových buněk, a tak podporují progresi nádory a vývoj metastáz u pacientů s rakovinou.

Reference

1. Aebi, M. (2013). N-vázaná proteinová glykosylace v ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., & Warren, CE (1999). Proteinová glykosylace ve vývoji a nemoci. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. ed.). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Strukturní biologie membrány: s biochemickými a biofyzikálními základy. Cambridge University Press. Citováno z www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání).
6. Nothaft, H., & Szymanski, CM (2010). Glykosylace proteinů v bakteriích: Sladší než kdy jindy. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., & Marth, JD (2006). Glykosylace v buněčných mechanismech zdraví a nemoci. Cell, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Glykosylace proteinu: povaha, distribuce, enzymatická tvorba a důsledky glykopeptidových vazeb na onemocnění. Glycobiology, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T. a Cummings, RD (2015). Glykosylace proteinů u rakoviny. Roční přehled patologie: mechanismy nemoci, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Glykosylace rostlinných proteinů. Glycobiology, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). Glykosylační kontrola kvality skládání proteinů. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Zhang, X. a Wang, Y. (2016). Kontrola kvality glykosylace Golgiho strukturou. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.