Нарушение экспрессии D-глюкуронил С5-эпимеразы как возможная причина изменения структуры протеогликанов в опухоли молочной железы человека (стр. 3 из 12)
протеогликан белковая молекула опухоль
ДС выполняют множество функций, обеспечивая гибкое регулирование нормальных и патологических процессов, таких как развитие, рост, заживление ран, инфекция и опухолевый рост.
Различия в длине ГАГ-цепи ДС, различное положение остатков IdоUA, вариации в сульфатировании и существование множества альтернативных форм коровых белков обеспечивают огромное разнообразие и сложность ДС и ДСПГ.
Существует множество доказательств того, что различия в длине ГАГ-цепей, составе дисахаридов и сульфатировании определяют силу связывания различных факторов и регулируют функциональные взаимодействия ДС с потенциальными белковыми лигандами.
ДС модифицируются путем сульфатирования по С4 - и С6 - атомам гексозамина (как и ХС А и ХС С) и эпимеризации С2-атома уроновой кислоты (как ГС и Ге). Оба процесса контролируются регулируемыми ферментативными системами так, что в итоге в структуре ГАГ оказывается закодированной функциональная информация.
Таким образом, для ДС информационная последовательность состоит из трех вариаций структуры уроновой кислоты (GlcUA, IdoUAили 2-O-сульфатированная IdoUA) и четырех вариаций структуры гексозамина (GalNAc, 4-O-сульфатированный GalNAc, 6-O-сульфатированный GalNAс, 4-O - и 6-O-дисульфатированный GalNAc). Также в дальнейшем (при образовании протеогликана) на информационную последовательность ДС оказвает влияние тип корового белка, специфичного к данной стадии развития и к данным физиологическим условиям.
Два наиболее изученных дерматансульфат протеогликана - маленькие лейцин-богатые ПГ декорин и бигликан. Оба протеогликана содержат маленький белковый кор, оба являются секретируемыми матриксными белками. Декорин и бигликан несут 1 и 1-2 ДС-цепи, соответственно.
ДСПГ взаимодействуют со множеством молекул, таких как молекулы внеклеточного матрикса, факторы роста, ингибиторы протеаз, цитокины, хемокины, факторы вирулентности патогенов и др. Некоторые из этих молекул приведены в таблице 3.
Tаблица 3. Связывание ДС и ДСПГ с различными молекулами
| Белок | ГАГ | Последовательность для связывания | Физиологический эффект |
| Кофактор гепарина II | ДС, Ге | IdoUA (2-OSO3) - GalNAc (4-OSO3) гексосахарид | Ферментативная инактивация тромбина |
| Тромбин | ДС, Ге | - | Предовращение свертывания крови |
| Активированный C-белок | ДС, Ге | - | Предовращение свертывания крови |
| Ингибитор С-белка | ДС, ГС, Ге | - | Стимуляция активности серпина |
| Тромбоцитарный фактор 4 | ДС, Ге | - | - |
| Коллаген | ДС | Связывается коровый белок | Стимуляция активности серпина |
| Фибронектин | ДС, ГС | Связывается коровый белок | Стабилизация внеклеточного матрикса |
| Tенаскин-X | ДС, ГС | Связывается ГАГ-цепь | Стабилизация коллагенового матрикса |
| Адгезины Borrelia burgdorferi | ДС | - | Увеличение инфекционности |
 -дефензин | ДС | - | Увеличение инфекционности |
Интерферон-  | Ге, ГС, ДС | - | Рецептор для INF- |
| Трансформирующий фактор роста-b | ДС | Связывается коровый белок | Регуляция роста |
| Факторы роста фибробластов 1 и 2 | Ге, ГС, ДС | - | Клеточная пролифереция через активацию тирозинкиназы |
| Фактор роста гепатоцитов | ДС, ГС | IdoUA-GalNAc (4-OSO3) октосахарид для ДС | Клеточная пролиферация, органогенез, опухолевый рост |
| Липопротеин низкой плотности | ДС | - | Стабилизация атеросклеротической бляшки |
- нет данных.
Подробно функции ДСПГ описаны в обзоре [8].
1.9 Гепарансульфат протеогликаны и гепарин
ГС и Ге - структурно родственные ГАГ с повторяющимися дисахаридными единицами GlcNAcα1-4GlcAβ1-4. Однако между ними существуют значительные различия, важнейшие из которых приведены в таблице 4.
Таблица 4. Основные различия между гепарансульфатами и гепарином
| Характеристика | Гепарансульфат | Гепарин |
| Растворимость в 2 М ацетате калия (pH5.7, 4°C) | да | нет |
| Размер | 10-70 кДа | 10-12 кДа |
| сульфат/гексозамин | 0.8-1.8 | 1.8-2.4 |
| GlcN N-сульфаты | 40-60% | ≥85% |
| Содержание IdoUA | 30-50% | ≥70% |
| Связывание с антитромбином | 0-0.3% | ~30% |
| Место синтеза | практически все клетки | тучные клетки |
Гепарин синтезируется в тучных клетках и запасается в цитоплазматических гранулах. Он продается фармацевтическими компаниями как антикоагулянт. ГС, синтезирующиеся практически всеми типами клеток, также обладают антикоагуляционной активностью, однако в значительно меньшей степени, чем гепарин. В процессе биосинтеза гепарин значительно сильнее сульфатируется, в итоге более 85% остатков GlcNAcоказываются N-деацетилироваными и N-сульфатированными. И более 70 % остатков уроновой кислоты в гепарине претерпевает эпимеризацию [9].
Гепарин имеет самую высокую плотность отрицательного заряда среди известных биологических макромолекул. Это дает ему возможность осуществления ионных взаимодействий со множеством белков, таких как ферменты, ингибиторы ферментов, белки внеклеточного матрикса, различные цитокины и др. Такого рода взаимодействия используются при очистке гепарин-связывающих белков, которые сорбируются на иммобилизованном гепарине при низкой ионной силе, а затем элюируются солевым раствором.
Гепарин выделяют на коммерческой основе из тканей животных (из слизистой кишечника свиней, легкого коров). Он используется в клинике как антитромболитическое лекарство.
Гепарансульфаты широко распространены на поверхности всех типов клеток, а также во внеклеточном матриксе. ГС взаимодействуют с различными белками, тем самым участвуя в широком спектре физиологических процессов, таких как клеточная адгезия, ферментативная регуляция, действие цитокинов и др. [10]
Примеры гепарансульфат протеогликанов приведены в таблице 5.
Таблица 5. Примеры гепарансульфат протеогликанов
| Протеогликан | Коровый белок, кДа | Количество цепей | Ткань |
| Перлекан | 400 | 1-3 ГС | базальные мембраны |
| Агрин | 212 | 2-3 ГС | базальные мембраны |
| Синдеканы1-4 | 31-45 | 1-3 ХС, 1-2 ГС | эпителиальные клетки и фибробласты |
| Бетагликан | 110 | 1 ГС, 1 ХС | фибробласты |
| Глипиканы1-5 | ~60 | 1-3 ГС | эпителиальные клетки и фибробласты |
| Серглицин | 10-19 | 10-15 гепарин/ХС | тучные клетки |
1.10 Кератансульфат протеогликаны
Повторяющаяся дисахаридная единица КС - Gal-GlcNAc.
По способу присоединения ГАГ-цепи к коровому белку кератансульфаты делят на два типа (см. п.1.5.). Кератансульфаты первого типа представлены в роговице, второго типа - в скелетной ткани.
Примеры кератансульфат протеогликанов приведены в таблице 6.
Таблица 6. Примеры кератансульфат протеогликанов
| Протеогликан | Тип | Масса корового белка, кДа | Распространение |
| Люмикан | KS I | 37 | широкое |
| Кератокан | KS I | 37 | широкое, но сульфатирован только в роговице |
| Фибромодулин | KS I | 59 | широкое |
| Мимекан | KS I | 25 | широкое, но сульфатирован только в роговице |
| SV2 | KS I | 80 | синаптические пузырьки |
| Клаустрин | KS II | 105 | ЦНС, мембранный ПГ |
| Аггрекан | KS II | 200 | хрящ |
В роговице КСПГ выполняют чрезвычайно важную функцию - поддерживают одинаковое расстояние между фибриллами коллагена Iтипа, позволяя, таким образом, свету проходить, не рассеиваясь. Дефекты в сульфатировании (макулярная роговичная дистрофия) или формировании КС-цепи (кератоконус) влекут за собой изменения в организации фибрилл, что в свою очередь приводит к непрозрачности роговицы [11, 12].
Цепь КС Iможет быть довольно протяженной (~50 дисахаридных единиц, 20-25 кДа) и содержит смесь несульфатированных, моносульфатированных (Gal-GlcNAc6S) и дисульфатированных дисахаридов (Gal6S-GlcNAc6S). По крайней мере, две сульфотрансферазы - GlcNAc6-O-STи Gal6-O-ST - катализируют реакции сульфатирования КС [12, 13]. Сульфатные группы КС важны для биологической функции данных молекул. Это подтверждается данными о том, что степень сульфатирования КС увеличивается во время развития роговицы в эмбриогенезе, а синтез несульфатированных КС приводит к макулярной роговичной дистрофии [12].
Катаболизм КС. Бактериальные кератаназы расщепляют цепь КС по определенным позициям (таблица 7).
Таблица 7. Кератаназы
| Фермент | Специфичность |
| Эндо-β-галактозидаза (Flavobacterium) | Gal-GlcNAc, не работает на сульфатированных остатках |
| Кератаназа I (Pseudomonas species) (эндо β-галактозидаза) | Gal-GlcNAc6S |
| Кератаназа II (Грам-отрицательные бактерии) (эндо - β-глюкозаминидаза) | GlcNAc-Gal6 ± S |
У животных КС расщепляются в лизосомах путем последовательного действия экзогликозидаз (β-галактозидаз и β-гексозаминидаз) после удаления сульфатных групп с концевого остатка сульфатазами [14].
1.11 Биосинтез протеогликанов
Биосинтез и распад гликозаминогликанов осуществляется при участии высокоспецифичных ферментов - гликозилтрансфераз, гликозидаз и сульфатаз в эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР) и аппарате Гольджи.