stringtranslate.com

Гликопротеин

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

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

В белках, имеющих сегменты, простирающиеся внеклеточно, внеклеточные сегменты также часто гликозилированы. Гликопротеины также часто являются важными интегральными мембранными белками , где они играют роль во взаимодействиях между клетками. 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 обратным фосфорилированию, и их функции, вероятно, являются дополнительным регуляторным механизмом, который контролирует сигнализацию на основе фосфорилирования. [2] Напротив, классическое секреторное гликозилирование может быть структурно существенным. Например, ингибирование аспарагин-связанного, т. е. N-связанного, гликозилирования может помешать правильному сворачиванию гликопротеина, а полное ингибирование может быть токсичным для отдельной клетки. Напротив, нарушение обработки гликанов (ферментативное удаление/добавление остатков углеводов к гликану), которое происходит как в эндоплазматическом ретикулуме , так и в аппарате Гольджи , необязательно для изолированных клеток (о чем свидетельствует выживание с ингибиторами гликозидов), но может привести к человеческим заболеваниям (врожденные нарушения гликозилирования) и может быть летальным в моделях животных. Поэтому вероятно, что тонкая обработка гликанов важна для эндогенной функциональности, такой как клеточный трафик, но это, вероятно, вторично по отношению к его роли во взаимодействиях хозяина и патогена. Известным примером этого последнего эффекта является система групп крови ABO .

Хотя существуют различные типы гликопротеинов, наиболее распространенными являются N -связанные и O -связанные гликопротеины. [3] Эти два типа гликопротеинов отличаются структурными различиями, которые и дали им их названия. Гликопротеины сильно различаются по составу, создавая 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 первые два являются наиболее распространенными.

Моносахариды

Восемь сахаров, обычно встречающихся в гликопротеинах.

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

Группа(ы) сахара могут способствовать сворачиванию белков , улучшать их стабильность и участвовать в передаче сигналов в клетках.

Структура

N -связанные и O -связанные гликопротеины

Критический структурный элемент всех гликопротеинов — наличие олигосахаридов , ковалентно связанных с белком. [4] В гликанах млекопитающих есть 10 распространенных моносахаридов , включая: глюкозу (Glc), фукозу (Fuc), ксилозу (Xyl), маннозу (Man), галактозу (Gal), N- ацетилглюкозамин (GlcNAc), глюкуроновую кислоту (GlcA), идуроновую кислоту (IdoA), N-ацетилгалактозамин (GalNAc), сиаловую кислоту и 5- N-ацетилнейраминовую кислоту (Neu5Ac). [3] Эти гликаны связываются с определенными участками аминокислотной цепи белка.

Две наиболее распространенные связи в гликопротеинах — это N -связанные и O -связанные гликопротеины. [3] N -связанный гликопротеин имеет гликановые связи с азотом, содержащим аминокислоту аспарагин в последовательности белка. [4] O - связанный гликопротеин имеет сахар, связанный с атомом кислорода аминокислоты серина или треонина в белке. [4]

Размер и состав гликопротеинов могут значительно различаться, при этом углеводный состав составляет 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 широко применяются и могут функционировать как различные химические вещества от антител до гормонов. [4]

Гликомикс

Гликомика — это изучение углеводных компонентов клеток. [4] Хотя она не ограничивается гликопротеинами, она может раскрыть больше информации о различных гликопротеинах и их структуре. [4] Одной из целей этой области исследований является определение того, какие белки гликозилированы 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 олигосахаридными цепями имеет различные применения. Во-первых, оно помогает в контроле качества путем идентификации неправильно свернутых белков. [4] Олигосахаридные цепи также изменяют растворимость и полярность белков, с которыми они связаны. [4] Например, если олигосахаридные цепи отрицательно заряжены, с достаточной плотностью вокруг белка, они могут отталкивать протеолитические ферменты от связанного белка. [4] Разнообразие взаимодействий приводит к различным типам гликопротеинов с различными структурами и функциями. [5]

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

Гликопротеины важны для распознавания белых кровяных клеток . [ необходима цитата ] Примерами гликопротеинов в иммунной системе являются:

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

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

Вариабельные поверхностные гликопротеины позволяют паразиту трипаносомы, вызывающему сонную болезнь , избегать иммунного ответа хозяина.

Вирусный шип вируса иммунодефицита человека сильно гликозилирован. [12] Примерно половина массы шипа приходится на гликозилирование, и гликаны ограничивают распознавание антител, поскольку гликаны собираются клеткой-хозяином и поэтому являются в значительной степени «своими». Со временем у некоторых пациентов могут вырабатываться антитела для распознавания гликанов 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 оказываются в ловушке преждевременного, высокоманнозного состояния. [13] [14] Это обеспечивает окно для иммунного распознавания. Кроме того, поскольку эти гликаны гораздо менее изменчивы, чем лежащий в основе белок, они стали перспективными целями для разработки вакцин. [15]

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

Гормоны

Гормоны , являющиеся гликопротеинами, включают:

Различие между гликопротеинами ипротеогликаны

Цитата из рекомендаций ИЮПАК: [17]

Гликопротеин — это соединение, содержащее углевод (или гликан), ковалентно связанный с белком. Углевод может быть в форме моносахарида, дисахарида(ов), олигосахарида(ов), полисахарида(ов) или их производных (например, сульфо- или фосфозамещенных). Может присутствовать одна, несколько или много углеводных единиц. Протеогликаны — это подкласс гликопротеинов , в которых углеводные единицы представляют собой полисахариды, содержащие аминосахара. Такие полисахариды также известны как гликозаминогликаны.

Функции

Анализ

Различные методы, используемые для обнаружения, очистки и структурного анализа гликопротеинов, следующие: [8] : 525  [18] [10]

Синтез

Гликозилирование белков имеет множество различных применений: от влияния на межклеточную коммуникацию до изменения термической стабильности и сворачивания белков. [4] [19] Благодаря уникальным способностям гликопротеинов, их можно использовать во многих методах лечения. [19] Понимая гликопротеины и их синтез, их можно заставить лечить рак, болезнь Крона , высокий уровень холестерина и многое другое. [3]

Процесс гликозилирования (связывание углевода с белком) является посттрансляционной модификацией , то есть он происходит после производства белка. [3] Гликозилирование — это процесс, которому подвергается примерно половина всех человеческих белков, 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 влиять 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, такими 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 линиями клеток 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] Аналогично, O-связанный гликопротеин может быть образован путем добавления гликозильного донора с защищенным серином или треонином . [5] Эти два метода являются примерами естественной связи. [5] Однако существуют также методы неестественных связей. [5] Некоторые методы включают лигирование и реакцию между сульфамидатом, полученным из серина, и тиогексозами в воде. [5] После завершения этой связи аминокислотную последовательность можно расширить с помощью твердофазного пептидного синтеза. [5]

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Ruddock LW, Molinari M (ноябрь 2006 г.). «Обработка N-гликанов при контроле качества ЭР». Journal of Cell Science . 119 (Pt 21): 4373–4380. doi : 10.1242/jcs.03225 . PMID  17074831.
  2. ^ Funakoshi Y, Suzuki T (февраль 2009). «Гликобиология в цитозоле: горькая сторона сладкого мира». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects . 1790 (2): 81–94. doi : 10.1016/j.bbagen.2008.09.009 . PMID  18952151.
  3. ^ abcdefghijklm Пиканко и Кастро V, Swiech SH (2018). Методы и протоколы получения рекомбинантных гликопротеинов . Спрингер. ISBN 978-1-4939-7312-5. OCLC  1005519572.
  4. ^ abcdefghijklmnopqrs Нельсон DL, Кокс MM, Хоскинс AA, Ленингер AL (2013). Принципы биохимии Ленингера (шестое изд.). Macmillan Learning. 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. ^ Hart GW (27 октября 2014 г.). «Три десятилетия исследований O-GlcNAcylation — основного сенсора питательных веществ, регулирующего сигнализацию, транскрипцию и клеточный метаболизм». Frontiers in Endocrinology . 5 : 183. doi : 10.3389/fendo.2014.00183 . PMC 4209869. PMID  25386167 . 
  7. ^ Stepper J, Shastri S, Loo TS, Preston JC, Novak P, Man P и др. (февраль 2011 г.). «S-гликозилирование цистеина, новая посттрансляционная модификация, обнаруженная в гликопептидных бактериоцинах». FEBS Letters . 585 (4): 645–650. doi :10.1016/j.febslet.2011.01.023. PMID  21251913. S2CID  29992601.
  8. ^ abc Murray RC, Granner DK, Rodwell VW (2006). Harper's Illustrated Biochemistry (27-е изд.). McGraw–Hill.
  9. ^ Классификация гликанов Архивировано 27 октября 2012 г. на Wayback Machine SIGMA
  10. ^ ab Dell A, Morris HR (март 2001 г.). «Определение структуры гликопротеина методом масс-спектрометрии». Science . 291 (5512): 2351–2356. Bibcode :2001Sci...291.2351D. doi :10.1126/science.1058890. PMID  11269315. S2CID  23936441.
  11. ^ Theerasilp S, Kurihara Y (август 1988). «Полная очистка и характеристика вкус-модифицирующего белка миракулина из чудо-фрукта». Журнал биологической химии . 263 (23): 11536–11539. doi : 10.1016/S0021-9258(18)37991-2 . PMID  3403544.
  12. ^ Pritchard LK, Vasiljevic S, Ozorowski G, Seabright GE, Cupo A, Ringe R и др. (июнь 2015 г.). «Структурные ограничения определяют гликозилирование тримеров оболочки ВИЧ-1». Cell Reports . 11 (10): 1604–1613. doi :10.1016/j.celrep.2015.05.017. PMC 4555872 . PMID  26051934. 
  13. ^ Pritchard LK, Spencer DI, Royle L, Bonomelli C, Seabright GE, Behrens AJ и др. (июнь 2015 г.). «Кластеризация гликанов стабилизирует маннозный участок ВИЧ-1 и сохраняет уязвимость к широко нейтрализующим антителам». Nature Communications . 6 : 7479. Bibcode :2015NatCo...6.7479P. doi :10.1038/ncomms8479. PMC 4500839 . PMID  26105115. 
  14. ^ Беренс А. Дж., Васильевич С., Притчард Л. К., Харви Д. Дж., Андев Р. С., Крумм СА. и др. (март 2016 г.). «Состав и антигенные эффекты отдельных гликановых участков тримерного гликопротеина оболочки ВИЧ-1». Cell Reports . 14 (11): 2695–2706. doi :10.1016/j.celrep.2016.02.058. PMC 4805854 . PMID  26972002. 
  15. ^ Криспин М., Доорес К.Дж. (апрель 2015 г.). «Нацеливание полученных от хозяина гликанов на оболочечные вирусы для разработки вакцин на основе антител». Current Opinion in Virology . Viral pathogenesis • Preventive and therapeutic vaccines. 11 : 63–69. doi :10.1016/j.coviro.2015.02.002. PMC 4827424 . PMID  25747313. 
  16. ^ ab Ambudkar SV, Kimchi-Sarfaty C, Sauna ZE, Gottesman MM (октябрь 2003 г.). "P-гликопротеин: от геномики к механизму". Oncogene . 22 (47): 7468–7485. doi : 10.1038/sj.onc.1206948 . PMID  14576852. S2CID  11259597.
  17. ^ "Номенклатура гликопротеинов, гликопептидов и пептидогликанов, Рекомендации 1985 г.". www.qmul.ac.uk . Получено 16 марта 2021 г. .
  18. ^ abc Maverakis E, Kim K, Shimoda M, Gershwin ME, Patel F, Wilken R и др. (февраль 2015 г.). «Гликаны в иммунной системе и теория аутоиммунитета с измененными гликанами: критический обзор». Журнал аутоиммунитета . 57 (6): 1–13. doi :10.1016/j.jaut.2014.12.002. PMC 4340844 . PMID  25578468. 
  19. ^ ab Davis BG (февраль 2002 г.). «Синтез гликопротеинов». Chemical Reviews . 102 (2): 579–602. doi :10.1021/cr0004310. PMID  11841255.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки