stringtranslate.com

гликопротеин

Гликозилирование N -связанных белков ( N -гликозилирование N -гликанов) по остаткам Asn (мотивы Asn-x-Ser/Thr) в гликопротеинах. [1]

Гликопротеины — это белки , которые содержат олигосахаридные цепи , ковалентно прикрепленные к боковым цепям аминокислот . Углевод присоединяется к белку в котрансляционной или посттрансляционной модификации . Этот процесс известен как гликозилирование . Секретируемые внеклеточные белки часто гликозилированы.

В белках, сегменты которых простираются внеклеточно, внеклеточные сегменты также часто гликозилированы. Гликопротеины также часто являются важными интегральными мембранными белками , где они играют роль в межклеточных взаимодействиях. Важно отличать гликозилирование секреторной системы на основе эндоплазматического ретикулума от обратимого цитозольно-ядерного гликозилирования. Гликопротеины цитозоля и ядра могут быть модифицированы посредством обратимого добавления одного остатка GlcNAc, который считается реципрокным по отношению к фосфорилированию, и их функции, вероятно, являются дополнительным регуляторным механизмом, который контролирует передачу сигналов на основе фосфорилирования. [2] Напротив, классическое секреторное гликозилирование может быть структурно существенным. Например, ингибирование аспарагин-связанного, т.е. N-связанного, гликозилирования может препятствовать правильному сворачиванию гликопротеина, а полное ингибирование может быть токсичным для отдельной клетки. Напротив, нарушение процессинга гликана (ферментативное удаление/добавление углеводных остатков к гликану), которое происходит как в эндоплазматическом ретикулуме , так и в аппарате Гольджи , не является обязательным для изолированных клеток (о чем свидетельствует выживаемость с ингибиторами гликозидов), но может привести к заболевание (врожденные нарушения гликозилирования) и может быть смертельным на животных моделях. Поэтому вполне вероятно, что тонкий процессинг гликанов важен для эндогенных функций, таких как транспортировка клеток, но это, вероятно, вторично по отношению к его роли во взаимодействиях хозяин-патоген. Известным примером этого последнего эффекта является система групп крови АВО . [ нужна цитата ]

Хотя существуют разные типы гликопротеинов, наиболее распространенными являются N -связанные и О -связанные гликопротеины. [3] Эти два типа гликопротеинов отличаются структурными различиями, которые дали им названия. Гликопротеины сильно различаются по составу, образуя множество различных соединений, таких как антитела или гормоны. [4] Из-за широкого спектра функций в организме возрос интерес к синтезу гликопротеинов для медицинского использования. [5] В настоящее время существует несколько методов синтеза гликопротеинов, включая рекомбинацию и гликозилирование белков. [5]

Известно также, что гликозилирование происходит на нуклеоцитоплазматических белках в форме O -GlcNAc . [6]

Типы гликозилирования

Существует несколько типов гликозилирования, хотя наиболее распространены первые два.

Моносахариды

Восемь сахаров обычно встречаются в гликопротеинах.

Моносахариды, обычно встречающиеся в эукариотических гликопротеинах, включают: [8] : 526. 

Группа(ы) сахара может способствовать сворачиванию белков , улучшать стабильность белков и участвовать в передаче сигналов клеткам.

Состав

N -связанные и О -связанные гликопротеины

Критическим структурным элементом всех гликопротеинов являются олигосахариды, ковалентно связанные с белком. [4] В гликанах млекопитающих содержится 10 распространенных моносахаридов, включая: глюкозу (Glc), фукозу (Fuc), ксилозу (Xyl), маннозу (Man), галактозу (Gal), N- ацетилглюкозамин (GlcNAc), глюкуроновую кислоту (GlcA). , идуроновая кислота (IdoA), N-ацетилгалактозамин (GalNAc), сиаловая кислота и 5- N-ацетилнейраминовая кислота (Neu5Ac). [3] Эти гликаны связываются с определенными участками аминокислотной цепи белка .

Двумя наиболее распространенными связями в гликопротеинах являются N -связанные и О -связанные гликопротеины. [3] N - связанный гликопротеин имеет гликановые связи с азотом, содержащим аминокислоту аспарагина в последовательности белка. [4] В O -связанном гликопротеине сахар связан с атомом кислорода аминокислоты серина или треонина в белке. [4]

Размер и состав гликопротеина могут сильно различаться, при этом углеводный состав колеблется от 1% до 70% от общей массы гликопротеина. [4] Внутри клетки они появляются в крови, внеклеточном матриксе или на внешней поверхности плазматической мембраны и составляют большую часть белков, секретируемых эукариотическими клетками. [4] Они очень широки в своем применении и могут функционировать как различные химические вещества, от антител до гормонов. [4]

гликомика

Гликомика – это изучение углеводных компонентов клеток. [4] Хотя это касается и не только гликопротеинов, оно может дать больше информации о различных гликопротеинах и их структуре. [4] Одной из целей этой области исследований является определение того, какие белки гликозилируются и где в аминокислотной последовательности происходит гликозилирование. [4] Исторически масс-спектрометрия использовалась для определения структуры гликопротеинов и характеристики присоединенных углеводных цепей. [4] [10]

Примеры

Уникальное взаимодействие между цепями олигосахаридов имеет различные применения. Во-первых, это помогает контролировать качество, выявляя неправильно свернутые белки. [4] Цепи олигосахаридов также меняют растворимость и полярность белков, с которыми они связаны. [4] Например, если олигосахаридные цепи отрицательно заряжены и имеют достаточную плотность вокруг белка, они могут отталкивать протеолитические ферменты от связанного белка. [4] Разнообразие взаимодействий позволяет использовать различные типы гликопротеинов с различной структурой и функциями. [5]

Одним из примеров гликопротеинов, обнаруженных в организме, являются муцины , которые секретируются в слизи дыхательных и пищеварительных трактов. Сахара, присоединенные к муцинам, придают им значительную водоудерживающую способность, а также делают их устойчивыми к протеолизу пищеварительными ферментами.

Гликопротеины важны для распознавания лейкоцитов . [ нужна цитация ] Примерами гликопротеинов в иммунной системе являются:

H-антиген антигенов совместимости крови АВО. Другие примеры гликопротеинов включают:

Растворимые гликопротеины часто проявляют высокую вязкость , например, в яичном белке и плазме крови .

Вариабельные поверхностные гликопротеины позволяют паразиту сонной болезни Trypanosoma избегать иммунного ответа хозяина.

Вирусный шип вируса иммунодефицита человека сильно гликозилирован. [12] Примерно половина массы шипа представляет собой гликозилирование, и гликаны ограничивают распознавание антител, поскольку гликаны собираются клеткой-хозяином и поэтому в значительной степени являются «собственными». Со временем у некоторых пациентов могут вырабатываться антитела, распознающие гликаны ВИЧ, и почти все так называемые «широко нейтрализующие антитела» (bnAbs) распознают некоторые гликаны. Это возможно главным образом потому, что необычно высокая плотность гликанов препятствует нормальному созреванию гликанов, и поэтому они попадают в преждевременное состояние с высоким содержанием маннозы. [13] [14] Это открывает возможности для иммунного распознавания. Кроме того, поскольку эти гликаны гораздо менее изменчивы, чем основной белок, они стали многообещающими объектами для разработки вакцин. [15]

P-гликопротеины имеют решающее значение для противоопухолевых исследований из-за их способности блокировать действие противоопухолевых препаратов. [4] [16] P-гликопротеин, или мультилекарственный транспортер (MDR1), представляет собой тип транспортера ABC, который транспортирует соединения из клеток. [4] Эта транспортировка соединений из клеток включает в себя лекарства, предназначенные для доставки в клетку, что приводит к снижению эффективности лекарств. [4] Таким образом, возможность ингибировать такое поведение уменьшит вмешательство P-гликопротеина в доставку лекарств, что делает это важной темой при открытии лекарств. [4] Например, P-гликопротеин вызывает уменьшение накопления противораковых препаратов в опухолевых клетках, ограничивая эффективность химиотерапии, используемой для лечения рака. [16]

Гормоны

К гормонам , относящимся к гликопротеинам, относятся:

Различие между гликопротеинами и протеогликанами

Цитата из рекомендаций ИЮПАК: [17]

Гликопротеин — это соединение, содержащее углевод (или гликан), ковалентно связанный с белком. Углевод может находиться в форме моносахарида, дисахарида(ов). олигосахарид(ы), полисахарид(ы) или их производные (например, сульфо- или фосфозамещенные). Могут присутствовать одна, несколько или множество углеводных единиц. Протеогликаны представляют собой подкласс гликопротеинов , в которых углеводными единицами являются полисахариды, содержащие аминосахара. Такие полисахариды также известны как гликозаминогликаны.

Функции

Анализ

Разнообразие методов, используемых для обнаружения, очистки и структурного анализа гликопротеинов, составляет [8] : 525  [18] [10]

Синтез

Гликозилирование белков имеет множество различных применений: от влияния на межклеточную связь до изменения термостабильности и сворачивания белков. [4] [19] Благодаря уникальным способностям гликопротеинов их можно использовать во многих методах лечения. [19] Понимая гликопротеины и их синтез, можно использовать их для лечения рака, болезни Крона , высокого уровня холестерина и многого другого. [3]

Процесс гликозилирования (связывания углеводов с белком) является посттрансляционной модификацией , то есть происходит после образования белка. [3] Гликозилирование — это процесс, которому подвергается примерно половина всех белков человека, и который сильно влияет на свойства и функции белка. [3] Внутри клетки гликозилирование происходит в эндоплазматическом ретикулуме . [3]

Рекомбинация

Изображение различий в гликанах у разных животных.

Существует несколько методов сборки гликопротеинов. Один из методов использует рекомбинацию . [3] Первым соображением для этого метода является выбор хозяина, поскольку существует множество различных факторов, которые могут повлиять на успех рекомбинации гликопротеинов, таких как стоимость, среда хозяина, эффективность процесса и другие соображения. [3] Некоторые примеры клеток-хозяев включают E. coli, дрожжи, растительные клетки, клетки насекомых и клетки млекопитающих. [3] Из этих вариантов клетки млекопитающих являются наиболее распространенными, поскольку их использование не сталкивается с теми же проблемами, что и другие клетки-хозяева, такие как различные структуры гликанов, более короткий период полураспада и потенциальные нежелательные иммунные реакции у людей. [3] Из клеток млекопитающих наиболее распространенной клеточной линией, используемой для производства рекомбинантных гликопротеинов, является линия яичников китайского хомячка . [3] Однако по мере развития технологий наиболее перспективными клеточными линиями для производства рекомбинантных гликопротеинов являются линии клеток человека. [3]

Гликозилирование

Образование связи между гликаном и белком является ключевым элементом синтеза гликопротеинов. [5] Наиболее распространенным методом гликозилирования N-связанных гликопротеинов является реакция между защищенным гликаном и защищенным аспарагином. [5] Аналогичным образом, О-связанный гликопротеин может быть образован путем добавления донора гликозила с защищенным серином или треонином . [5] Эти два метода являются примерами естественной связи. [5] Однако существуют и методы неестественных связей. [5] Некоторые методы включают лигирование и реакцию между сериновым сульфамидатом и тиогексозами в воде. [5] Как только эта связь будет завершена, аминокислотную последовательность можно будет расширить с помощью твердофазного пептидного синтеза. [5]

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Раддок Л.В., Молинари М. (ноябрь 2006 г.). «Обработка N-гликанов в контроле качества ER». Журнал клеточной науки . 119 (Часть 21): 4373–4380. дои : 10.1242/jcs.03225 . ПМИД  17074831.
  2. ^ Фунакоши Ю, Сузуки Т (февраль 2009 г.). «Гликобиология в цитозоле: горькая сторона сладкого мира». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Общие предметы . 1790 (2): 81–94. дои : 10.1016/j.bbagen.2008.09.009 . ПМИД  18952151.
  3. ^ abcdefghijklm Пиканко и Кастро V, Swiech SH (2018). Методы и протоколы получения рекомбинантных гликопротеинов . Спрингер. ISBN 978-1-4939-7312-5. ОСЛК  1005519572.
  4. ^ abcdefghijklmnopqrs Нельсон Д.Л., Кокс М.М., Хоскинс А.А., Ленинджер А.Л. (2013). Ленингерские принципы биохимии (Шестое изд.). Обучение Макмиллана. ISBN 978-1-319-38149-3. OCLC  1249676451.
  5. ^ abcdefghij Gamblin DP, Scanlan EM, Davis BG (январь 2009 г.). «Синтез гликопротеинов: обновление». Химические обзоры . 109 (1): 131–163. дои : 10.1021/cr078291i. ПМИД  19093879.
  6. ↑ Харт GW (27 октября 2014 г.). «Три десятилетия исследований O-GlcNAcylation - основного сенсора питательных веществ, который регулирует передачу сигналов, транскрипцию и клеточный метаболизм». Границы эндокринологии . 5 : 183. дои : 10.3389/fendo.2014.00183 . ПМК 4209869 . ПМИД  25386167. 
  7. ^ Степпер Дж., Шастри С., Лу Т.С., Престон Дж.К., Новак П., Ман П. и др. (февраль 2011 г.). «Цистеин S-гликозилирование, новая посттрансляционная модификация, обнаруженная в гликопептидных бактериоцинах». Письма ФЭБС . 585 (4): 645–650. doi :10.1016/j.febslet.2011.01.023. PMID  21251913. S2CID  29992601.
  8. ^ abc Мюррей RC, Граннер Д.К., Родвелл Фольксваген (2006). Иллюстрированная биохимия Харпера (27-е изд.). МакГроу-Хилл.
  9. ↑ Классификация гликанов. Архивировано 27 октября 2012 г. в Wayback Machine SIGMA.
  10. ^ ab Dell A, Моррис HR (март 2001 г.). «Определение структуры гликопротеинов методом масс-спектрометрии». Наука . 291 (5512): 2351–2356. Бибкод : 2001Sci...291.2351D. дои : 10.1126/science.1058890. PMID  11269315. S2CID  23936441.
  11. ^ Теэрасилп С., Курихара Ю. (август 1988 г.). «Полная очистка и характеристика изменяющего вкус белка миракулина из чудо-фруктов». Журнал биологической химии . 263 (23): 11536–11539. дои : 10.1016/S0021-9258(18)37991-2 . ПМИД  3403544.
  12. ^ Причард Л.К., Василевич С., Озоровский Г., Сибрайт Г.Е., Купо А., Ринг Р. и др. (июнь 2015 г.). «Структурные ограничения определяют гликозилирование тримеров оболочки ВИЧ-1». Отчеты по ячейкам . 11 (10): 1604–1613. дои : 10.1016/j.celrep.2015.05.017. ПМЦ 4555872 . ПМИД  26051934. 
  13. ^ Причард Л.К., Спенсер Д.И., Ройл Л., Бономелли С., Сибрайт Г.Е., Беренс А.Дж. и др. (июнь 2015 г.). «Кластеризация гликанов стабилизирует маннозный участок ВИЧ-1 и сохраняет уязвимость к широко нейтрализующим антителам». Природные коммуникации . 6 : 7479. Бибкод : 2015NatCo...6.7479P. doi : 10.1038/ncomms8479. ПМЦ 4500839 . ПМИД  26105115. 
  14. ^ Беренс А.Дж., Васильевич С., Притчард Л.К., Харви Д.Д., Андев Р.С., Крумм С.А. и др. (март 2016 г.). «Состав и антигенные эффекты отдельных гликановых участков тримерного гликопротеина оболочки ВИЧ-1». Отчеты по ячейкам . 14 (11): 2695–2706. doi :10.1016/j.celrep.2016.02.058. ПМЦ 4805854 . ПМИД  26972002. 
  15. ^ Криспин М., Дорес К.Дж. (апрель 2015 г.). «Нацеливание гликанов, полученных от хозяина, на вирусы с оболочкой для разработки вакцин на основе антител». Современное мнение в вирусологии . Вирусный патогенез • Профилактические и лечебные вакцины. 11 : 63–69. doi : 10.1016/j.coviro.2015.02.002. ПМЦ 4827424 . ПМИД  25747313. 
  16. ^ аб Амбудкар С.В., Кимчи-Сарфати С., Сауна З.Е., Готтесман М.М. (октябрь 2003 г.). «Р-гликопротеин: от геномики к механизму». Онкоген . 22 (47): 7468–7485. дои : 10.1038/sj.onc.1206948 . PMID  14576852. S2CID  11259597.
  17. ^ «Номенклатура гликопротеинов, гликопептидов и пептидогликанов, Рекомендации 1985». www.qmul.ac.uk. _ Проверено 16 марта 2021 г.
  18. ^ abc Маверакис Э., Ким К., Шимода М., Гершвин М.Е., Патель Ф., Уилкен Р. и др. (февраль 2015 г.). «Гликаны в иммунной системе и теория аутоиммунитета с измененными гликанами: критический обзор». Журнал аутоиммунитета . 57 (6): 1–13. дои :10.1016/j.jaut.2014.12.002. ПМЦ 4340844 . ПМИД  25578468. 
  19. ^ аб Дэвис Б.Г. (февраль 2002 г.). «Синтез гликопротеинов». Химические обзоры . 102 (2): 579–602. дои : 10.1021/cr0004310. ПМИД  11841255.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки