PROTEINGLYKOSYLERING: TYPER, PROSESS OG FUNKSJONER - BIOLOGI - 2025

Den protein glykosylering er en post-translasjonell modifikasjon er tilsetningen av oligosakkaridkjedene lineær eller forgrenet protein. De resulterende glykoproteiner er generelt overflateproteiner og proteiner i sekretorveien.

Glykosylering er en av de vanligste peptidmodifiseringene blant eukaryote organismer, men det har også vist seg å forekomme i noen arter av archaea og bakterier.

Eksempel på oligosakkaridkjeder som kan binde seg til proteiner ved glykosylering (Dna 621, fra Wikimedia Commons)

I eukaryoter oppstår denne mekanismen mellom endoplasmatisk retikulum (ER) og Golgi-komplekset, med intervensjon av forskjellige enzymer involvert både i regulatoriske prosesser og i dannelsen av kovalente bindinger av oligosakkaridprotein.

Typer glykolyse

Avhengig av bindingsstedet til oligosakkaridet til proteinet, kan glykosylering klassifiseres i 4 typer:

N-

Det er det vanligste av alle og oppstår når oligosakkarider binder seg til nitrogenet i amidgruppen av asparaginrester i Asn-X-Ser / Thr-motivet, der X kan være en hvilken som helst aminosyre unntatt prolin.

ELLER

Når karbohydrater binder seg til hydroksylgruppen av serin, treonin, hydroksylysin eller tyrosin. Det er en mindre vanlig modifisering, og eksempler er proteiner som kollagen, glykoforin og muciner.

C-

Den består av tilsetningen av en mannoserest som binder seg til proteinet ved en CC-binding med C2 i indolgruppen i tryptofanrester.

Glipiation (fra det engelske “

Et polysakkarid fungerer som en bro for å feste et protein til et glykosylfosfatidylinositol (GPI) anker på membranen.

Prosess

I eukaryoter

N-glykosylering er den som er studert mest detaljert. I pattedyrceller begynner prosessen i det grove ER, der et forhåndsformet polysakkarid binder seg til proteiner når de kommer fra ribosomer.

Nevnte forløper-polysakkarid er sammensatt av 14 sukkerrester, nemlig: 3 glukose (Glc), 9 mannose (Man) og 2 N-acetylglukosamin (GlcNAc) rester.

Denne forløperen er vanlig i planter, dyr og encellede eukaryote organismer. Den er bundet til membranen takket være en binding med et dolicholmolekyl, en isoprenoid lipid innebygd i ER-membranen.

Etter syntese overføres oligosakkaridet av oligosacaryltransferase-enzymkomplekset til en asparaginrest inkludert i tri-peptidsekvensen Asn-X-Ser / Thr av et protein mens det blir oversatt.

De tre Glc-restene på slutten av oligosakkaridet tjener som et signal for korrekt oligosakkaridsyntese, og spaltes sammen med en av Man-restene før proteinet føres inn i Golgi-apparatet for videre prosessering.

En gang i Golgi-apparatet, kan oligosakkaridpartiene festet til glykoproteinene modifiseres ved tilsetning av galaktose, sialinsyre, fucose og mange andre rester, hvilket gir kjeder med mye større variasjon og kompleksitet.

Oliosaccharide Processing (Dna 621, fra Wikimedia Commons)

Det enzymatiske maskineriet som er nødvendig for å utføre glykosyleringsprosessene inkluderer mange glykosyltransferaser for tilsetning av sukker, glykosidaser for fjerning av dem, og forskjellige nukleotidsukkertransportører for bidraget fra restene som brukes som underlag.

I prokaryoter

Bakterier har ikke intracellulære membransystemer, så den opprinnelige oligosakkariddannelsen (av bare 7 rester) forekommer på den cytosoliske siden av plasmamembranen.

Nevnte forløper syntetiseres på en lipid som deretter blir translokulert av en ATP-avhengig flipase til det periplasmatiske rom, hvor glykosylering forekommer.

En annen viktig forskjell mellom eukaryotisk og prokaryotisk glykosylering er at enzymet oligosakkaridtransferase (oligosacaryltransferase) fra bakterier kan overføre sukkerrester til frie deler av allerede brettede proteiner, ikke som de er oversatt av ribosomer.

Videre er peptidmotivet som gjenkjennes av dette enzymet ikke den samme eukaryote tri-peptidsekvensen.

Egenskaper

N-oligosakkarider festet til glykoproteiner tjener forskjellige formål. Noen proteiner krever for eksempel denne modifiseringen etter translasjonen for å oppnå riktig folding av strukturen.

For andre gir det stabilitet, enten ved å unngå proteolytisk nedbrytning eller fordi denne delen er nødvendig for at de skal oppfylle sin biologiske funksjon.

Siden oligosakkarider har en sterk hydrofil karakter, endrer deres kovalente tilsetning til et protein nødvendigvis polariteten og løseligheten, noe som kan ha relevans fra et funksjonelt synspunkt.

Når de er festet til membranproteiner, er oligosakkarider verdifulle informasjonsbærere. De deltar i prosessene med cellesignalering, kommunikasjon, gjenkjenning, migrasjon og vedheft.

De har en viktig rolle i blodkoagulering, helbredelse og immunrespons, samt i behandlingen av proteinkvalitetskontroll, som er glykanavhengig og uunnværlig for cellen.

Betydning

Minst 18 genetiske sykdommer har vært knyttet til proteinsglykosylering hos mennesker, noen av dem innebærer dårlig fysisk og mental utvikling, mens andre kan være dødelige.

Det er et økende antall funn relatert til glykosyleringssykdommer, spesielt hos barn. Mange av disse lidelsene er medfødte og har å gjøre med defekter forbundet med de innledende stadiene av dannelse av oligosakkarid eller med reguleringen av enzymene som deltar i disse prosessene.

Siden en stor del av de glykosylerte proteiner utgjør glykokalksen, er det en økende interesse for å verifisere at mutasjoner eller endringer i glykosyleringsprosessene kan være relatert til endringen i mikro-miljøet til tumorceller og dermed fremme progresjonen av svulster og utvikling av metastaser hos kreftpasienter.

referanser

1. Aebi, M. (2013). N-koblet proteinglykosylering i ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., & Warren, CE (1999). Proteinglykosylering i utvikling og sykdom. 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. utg.). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Membran strukturell biologi: med biokjemiske og biofysiske fundamenter. Cambridge University Press. Hentet fra www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger prinsipper for biokjemi. Omega Editions (5. utg.).
6. Nothaft, H., & Szymanski, CM (2010). Proteinglykosylering i bakterier: Søtere enn noen gang. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., & Marth, JD (2006). Glykosylering i cellulære mekanismer for helse og sykdom. Cell, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Proteinglykosylering: natur, distribusjon, enzymatisk dannelse og sykdomsimplikasjoner av glykopeptidbindinger. Glykobiologi, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., & Cummings, RD (2015). Proteinglykosylering i kreft. Årlig gjennomgang av patologi: Mechanises of Disease, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Planteproteinglykosylering. Glykobiologi, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). Glykosyleringsstyrt kvalitetskontroll av proteinfolding. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Zhang, X., & Wang, Y. (2016). Glykosyleringskvalitetskontroll etter Golgi-strukturen. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.