PROTEOGLYKANY: STRUKTURA, VLASTNOSTI, FUNKCE, PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Tyto proteoglykany jsou glykosylované proteiny, obvykle spojené s glykosaminoglykanové substituenty (GAG) aniontové. Obvykle se nacházejí na vnější straně buněčné membrány nebo „vyplňují“ extracelulární prostor, takže jsou součástí mnoha pojivových tkání.

Z těchto komplexních makromolekul byly nejvíce studovány a analyzovány ty chrupavkové buňky u obratlovců, protože extracelulární matrice v nich obsahuje více než 90% suché hmotnosti tkáně, kterou tvoří, kde ovlivňují mimo jiné odolnost vůči stlačení.

Struktura extracelulární matrice, která tvoří hyalinní chrupavku (Zdroj: Viz stránka autora / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) přes Wikimedia Commons)

Strukturálně proteoglykany přispívají k organizaci extracelulární matrice, která dává mnoha individuálním tkáním nebo buňkám jejich nejvýraznější fyzikální vlastnosti. Kromě toho jsou důležité pro mnoho mezibuněčných komunikačních a signalizačních událostí.

Jsou extrémně hojné, všudypřítomné (nacházejí se v mnoha typech buněk) a komplexní proteiny, jejichž biologické funkce a biochemické vlastnosti se zásadně odvozují od charakteristik jejich uhlohydrátových složek, které mají velkou hydratační kapacitu.

Aktivně se účastní mezibuněčné komunikace, adhezních a migračních procesů a podílejí se také na vývoji různých tkání u zvířat, jako jsou perineuronální sítě nervového systému.

Struktura a vlastnosti proteoglykanů

Proteoglykany jsou glykosylované proteiny na extracelulárním povrchu, ačkoli existují některé, které lze nalézt v intracelulárních kompartmentech. Jsou to obecně velmi hojné molekuly, ale jejich hojnost závisí na typu uvažované buňky.

Sacharidová část proteoglykanu obvykle sestává z molekul glykosaminoglykanu, což jsou lineární polysacharidy složené z opakujících se disacharidů, obvykle z acetylovaného amino cukru, který se střídá s kyselinou uronovou.

Jeho obecná struktura tedy sestává z proteinového „jádra“, které se může spojovat s více než 100 nerozvětvenými glykosaminoglykanovými řetězci, spojenými pomocí O-glykosylace.

Jsou to docela rozdílné molekuly, pokud jde o strukturu, tvar a funkci. Například v buňkách obratlovců bylo identifikováno několik kombinací různých typů proteinů a různých tříd glykosaminoglykanů, jmenovitě:

Protein

- Transmembránové proteiny buněčného povrchu (extracelulární matrice)

- Proteiny kovalentně vázané na glykosylfosfatidylinositol (GPI) kotvy)

Glukosaminoglykany

- Hyaluronan (HA)

- Chondroitin sulfát (CS)

- Keratan sulfát (KS)

- Dermatan sulfát (DS)

- Heparan sulfát (HS)

Schéma proteoglykanů a některých kombinací glykosaminoglykanů (Zdroj: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) přes Wikimedia Commons)

Některé proteoglykany, jako jsou syndekany, které jsou transmembránovými proteiny, jsou připojeny ke 2 řetězcům heparan sulfátu a 1 chondroitin sulfátu; Mezitím další proteoglykan, agrekan (specifický pro chrupavku) má asi 100 řetězců chondroitin sulfátu a 30 keratan sulfátu.

Z výše uvedeného je zřejmé, že glykosylační charakteristiky každého proteinu, jakož i typ buňky, ke které patří, jsou ty, které definují identitu každého proteoglykanu na buněčném povrchu.

Funkce

Jejich funkce závisí na strukturních vlastnostech proteoglykanů. To platí zejména pro ty vlastnosti, které souvisejí s glykosaminoglykanovou částí, protože tyto molekuly umožňují proteinu interagovat s dalšími prvky na buněčném povrchu.

Proteiny bohaté na zbytky heparan sulfátu se mohou relativně snadno vázat na různé růstové faktory, na další složky extracelulární matrice, na enzymy, inhibitory proteázy, chemokiny atd., Proto hrají zásadní roli při transdukci signály do intracelulárního prostředí.

Proteoglykany tak mohou plnit strukturní funkce v matrici nebo mohou mít specifičtější funkce při přenosu zpráv z extracelulárního prostředí do cytosolického prostoru.

V posledních letech zájem o studium proteoglykanů značně vzrostl, což souvisí s objevem důležitosti těchto molekul v některých patologických stavech u lidí.

Příkladem je Simpson-Golabi-Behmelův syndrom (GBS), který se vyznačuje přehnaným pre- a postnatálním růstem, vrozenými defekty a náchylností k tvorbě nádorů spojenými s mutacemi v proteoglykanu bohatém na heparan sulfát. a ukotvené GPI.

Hlavní proteoglykany tepen a krevních cév. Je ukázána molekulární hmotnost proteinového jádra (Zdroj: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prostřednictvím Wikimedia Commons)

Funkce buněk

Prakticky všechny buněčné procesy, které zahrnují molekulární interakce na buněčném povrchu, jako jsou interakce buňka-matrice, buňka-buňka a ligand-receptor, musejí nějakým způsobem souviset s proteoglykany, protože jsou schopné vázat se na velká množství jiných molekul a jsou značně hojné na povrchu.

Během vývoje nervového systému a také během invaze nádoru a metastáz, tj. Událostí, které mají co do činění s pohyby a buněčnými rozšířeními nebo rozšířeními, proteoglykany vykonávají velmi aktivní funkce.

Tyto glykosylované proteiny se také účastní procesů adheze, proliferace a stanovení tvaru buněk a ty, které jsou transmembránovými proteiny, které mají cytosolickou doménu, se účastní transdukce a signálních kaskád.

Příklady proteoglykanů

Aggrecano

Aggrecan je hlavním proteoglykanem přítomným v chrupavkové tkáni, která je spojena s fragmenty glykosaminoglykanu "hyaluronan" (HA) v extracelulární matrici chondrocytů.

Hyaluronan je lineární glykosaminoglykan složený ze střídavých zbytků kyseliny glukuronové a N-acetylglukosaminu, které se nacházejí jak na buněčném povrchu, tak v extracelulární matrici a uvnitř buněk.

K vazbě hyaluronanu na agrekan dochází prostřednictvím "vazebného proteinu", který tvoří důležité agregáty s molekulovou hmotností až několika milionů daltonů.

Mnoho kloubních onemocnění souvisejících s věkem je spojeno se zvýšenou agregací agrekanu a hyaluronanu.

Pelecano

U renálních glomerulů je bazální membrána tvořena hlavně proteoglykanem známým jako pelecan, který je spojen s částmi heparan sulfátu. Tento proteoglykan má důležité funkce jako místo selektivity aniontového náboje během glomerulární filtrace.

Tento proteoglykan má největší proteinové jádro, které bylo pozorováno v kterékoli z těchto molekul, a předpokládá se, že tato proteinová doména může interagovat s jinými makromolekuly přítomnými v bazální membráně.

Dekor

Decorin je malý intersticiální proteoglykan a je charakterizován tím, že má jediný glykosaminoglykanový řetězec a malé proteinové jádro. Je důležitou součástí mnoha pojivových tkání, váže se na kolagenová vlákna typu I a podílí se na sestavení extracelulární matrice.

Reference

1. Godfrey, M. (2002). Extracelulární matrice. In Astma a COPD (str. 211-218). Academic Press.
2. Iozzo, RV, & Schaefer, L. (2015). Forma a funkce proteoglykanu: komplexní nomenklatura proteoglykanů. Matrix Biology, 42, 11-55.
3. Muncie, JM, a Weaver, VM (2018). Fyzikální a biochemické vlastnosti extracelulární matrice regulují buněčný osud. V aktuálních tématech vývojové biologie (svazek 130, str. 1-37). Academic Press.
4. Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, duben). Buněčné funkce proteoglykanů - přehled. Na seminářích v buněčné a vývojové biologii (svazek 12, č. 2, str. 65-67). Academic Press.
5. Petty, RE, a Cassidy, JT (2011). Struktura a funkce. V učebnici dětské revmatologie (str. 6-15). WB Saunders.
6. Yanagishita, M. (1993). Funkce proteoglykanů v extracelulární matrici. Pathology International, 43 (6), 283-293.