Glykoproteiny y p y
Vytášek 2008
Glykokonjugát (komplexní sacharid) molekula obsahující jeden nebo více sacharidových řetězců kovalentně navázaných na bílkovinu (glykoproteiny) nebo lipid (glykolipidy)
Glykoproteiny y p y • bílkoviny s kovalentně vázaným jedním či několika oligosacharidovými řetězci • cukerný řetězec je syntetizován vysoce specifickými enzymatickými reakcemi z aktivních kti í h cukrů k ů (sloučeniny ( l č i nukleotidů kl tidů s cukrem) • oligosacharidové řetězce ovlivňují specificky funkce glykoproteinů stejně jako jejich lokalizaci a rychlost jejich odbourávání
Funkce zastávané glykoproteiny • Strukturní bílkoviny (kolagen, (kolagen elastin, elastin fibriny, fibriny buněčné membrány) • Lubrikační a protektivní účinky (muciny, mukozní sekrety) • Enzymy (hydrolasy, faktory srážení krve) vitaminy lipidy, lipidy minerály) • Transportní molekuly (pro vitaminy, • Imunitní system (imunoglobuliny, komplement, HLA, interferony) y) • Hormony (choriogonadotropní hormon, TSH) • Interakce buněk s okolím (vzájemná interakce buněk, interakce buěk s ECM, viry a bakteriemi, membránové receptory) • Lektinyy
Sacharidy glykoproteinů Hexosy
Sacharidy y glykoproteinů gy p Hexosy
Vytášek 2008
Sacharidy glykoproteinů N-Acetylglykosaminy
Sacharidyy gglykoproteinů y p N-Acetylneuraminová kyselina
Připojení sacharidového řetězce k proteinu N-glykosidická vazba (přes amido skupinu asparaginu)
Asn s
O-glykosidická vazba (přes hydroxylovou skupinu aminokyseliny) A) vazba přes hydroxylovou skupinu Ser nebo Thr
Ser
Thr
B) vazba Ser-Xyl (proteoglykany) C) vazba hydroxylysin-Gal (kolageny)
Syntéza glykoproteinů • Oligosacharidový řetězec je synthetizován pomocí velmi specifických glykosyltransferas z aktivních cukrů • Aktivní cukry vznikají v cytosolu z příslušného nukleosidtrifosfátu za katalysy enzymy pyrofosforylasami UTP + Gl Glc-1-fosfát 1 f fát UDP-Glc UDP Gl + difosfát dif fát event. UDP-Gal epimerisací (UDP-Glc-epimerasa) UDP-Glc UDP-Gal • Většina glykosylačních reakcí probíhá v Golgiho aparátu a transport aktivních cukrů do něj probíhá pomocí přenašečového systemu (permeasy). V opačném směru se pak transportuje příslušný nukleotid monofosfát.
Syntéza glykoproteinů • syntetizované i é oligosacharidy li h id (glykany) ( l k ) jsou j dále dál modifikovány specifickými glykosidasami a ev. f f fosfatasami i či sulfuryltransferasami lf l f i • typická specifická modifikace je značení lysosomálních enzymů pomocí GlcNAc-fosfotransferasa a fosfodiesterasa • průběh biosyntézy glykoproteinů s N- a O-glykosidickou vazbou jje v počátečních p fázích rozdílný. ý Pro syntézu y N-vázaných glykoproteinů se využívá lipidický nosič
Tři hlavní typy N-glykosidických glykoproteinů
Roztřídění a transport glykoproteinů
Syntéza O-vázaných glykoproteinů • není využíván žádný lipidický nosič • není třeba specifické sekvence aminokyselin, stačí přítomnost serinu či threoninu • cukr, který je vázán na hydroxylovou skupinu v polypeptidickém řetězci, je obvykle GalNAc • následující (druhý) cukr je často Gal • terminální cukr je velmi často silně imunogenní • cytoplasmatické a jaderné proteiny s jedním cukerným zbytkem jsou obvykle syntetizovány v cytosolu
Terminální sacharidy antigenů krevních skupin k i AB0 A 0
Specifické metody výzkumu glykoproteinů Gl k id Glykosidasy • enzymy y y štěpící p glykosidickou gy vazbu,, jsou j specifické p pro daný typ vazby s daným cukrem, štěpení oligosacharidového g řetězce různými ý gglykosidasami y jje klíčovou metodou pro structurální studie endoglykosidasy gy y štěpí p vnitřní glykosidickou gy vazbu (např. endoglykosidasa F štěpí vazbu mezi prvním GlcNAc ((resp. p uhlíkem 1)) a amido skupinou p asparaginu) • exoglykosidasy odštěpí koncový cukr oligosacharidu (např. neuraminidase odštěpí terminální sialovou kyselinu)
Specifické metody výzkumu glykoproteinů L kti Lektiny • rostlinné bílkoviny, které se váží na specifický cukr/y • purifikace glykoproteinů (afinitní chromatografie) • detekce glykoproteinů (vhodně značený lektin se váže na svůj specifický cukr v separovaných glykoproteinech na nitrocelulose) • příprava mutantních buněčných linií postrádajících jisté enzymy oligosacharidové syntezy - selekce buněk resistantních k danému lektinu, resistance je způsobena obvykle nepřítomností specifického cukru v membránomembráno vých glykoproteinech resp. ztrátou produkce enzymů nutných pro zabudování daného cukru do oligosacharidu
Muciny • glykoproteiny syntetizované i é epitheliálními i h liál í i buňkami • komponentou k mukozních k í h sekretů, k ů které k é pokrývají k ý jí epitheliální buňky v gastrointesticiálním, urogenitálním dýchacím urogenitálním, dýchacím, očním a sluchovém systému všech obratlovců (muciny lze ale nalézt u všech eukaryntů) • vysoký obsah cukrů (50-90% hmoty mucinu je tvořeno cukry) cukry), které jsou vázány k proteinu OO glykosidickou vazbou O-glykany glykany jsou vázány na serin/threonin v • O specifické doméně nazývané „tandem repeat“ N glykany, ale ty • některé muciny obsahují také N-glykany se váží v doméně „cysteine-rich“
Schematický náčrt mucinového glykoproteinu znázorňující polypeptidickou kostru (MUC) a místa vazby O-glykanů
Tandem repeat (TR) doména • doména charakteristická pro muciny lokalisovaná v centrální části polypeptidického řetězce • tvořena opakujícími se sekvencemi velmi bohatými na Ser/Thr • TR každého k d h mucinu i je j jedinečný j di jak j k sekvencí k AK, tak velikostí (5 – 395 AK) • TR sekvence k se opakují k jí (může ( ůž být bý i více í než1 ž1 100 TR v molekule) • některé ěk é muciny i mají jí dvě d ě či tři ři různé ů é TR domény d é • pouze tři lidské muciny (MUC,14,15,18) neobsahují TR doménu d é (často (č také ké nejsou j počítány čí á mezii muciny)
Domény polypeptidického řetězce některých mucinů dýchacích cest
Tandem repeat (TR) sekvence některých MUC proteinů AK/TR Opakující O k jí í se sekvence k MUC1 MUC2
20
GSTAPPAHGVTSAPDTRPAP
P č TR/MUc Počet TR/MU 21-125; 41 and 85 nejčastěji
23 PTTTPITTTTTVTPTPTPTGTQT 21 PPTTTPSPPPTSTTTL 51-115; 100-115 are most common
MUC3A 17
TTTETTSHSTPSFTSS
16 20
375 TTTPNTTSHSTPSFTSSTIYSTVSTSTTAISSASPTSGTMVTSTT MTPSSLSTDTPSTTPTTITYPSVGSTGFLTTATDLTSTFTVSSSSAMSKSVIPSSPSI QNTETSSLVSMTSATTPSLRPTITSTDSTLTSSLLTTFPSTYSFSSSMSASSAGTTHT ETISSLPASTNTIHTTAESALAPTTTTSFTTSPTMEPPSTTVATTGTGQTTFPSSTAT FLETTTLTPTTDFSTESLTTAMTSTPPITSSITPTDTMTSMRTTTSWPTATNTLSPLT SSILSSTPVPSTEVTTSHTTNTNPVSTLVTTLPITITRSTLTSETAYPSSPTSTVTES TTEITYPTTMTETSSPATSLPPTSSLVSTAETAKTPTTNL MUC5AC 8
TTSTTSAP 5
MUC5B
TTVGP/S
29 ATGSTATPSSTPGTTHTPPVLTTTATTPT 11,11,17,11,22 , , , ,
(124,17,34,66)
Rozdělení lidských mucinů dle jejich proteinové (MUC) kostry 1 Membránové muciny (např. 1. (např MUC1 MUC1, MUC4 obsahují specifickou transmembránovou doménu) 2. Sekretované muciny chudé na Cys (např. MUC7 bbez cystein-rich MUC7, t i i h domény) d é ) 3. Sekretované muciny bohaté na Cys (např. MUC2, MUC5AC, obsahují cystein-rich doménu) 4. Muciny bez TR domény ????
Biosyntéza mucinů • endoplasmatické retikulum synteza polypeptidického řetězce N-glykosylace v ne-TR doméně (v Cys-rich) j disulfidickými ý můstky y sekretované mucinyy dimerizují • Golgiho complex O-glykosylace O glykosylace v TR doméně sulfatace (sulfotransferasy) sestavení sekretovaných mucinů do multimerů tvorbou dalších disulfidických můstků mezi řetězci (trans lumen) proteolysa C-koncové oblasti (např. MUC2)
Biosyntéza sekretovaných mucinů
Skladování a sekrece mucinů • plně dozrálé (zformované) sekreční muciny jsou skladovány kl d á ve velkých lký h sekrečních k č í h vesikulech ik l h nazývaných mukozní či mucinová granula (ty okupují k jí většinu ětši cytoplasmy t l mukozních k í ha pohárkových buněk) • sekrece k mucinů i ů může ů být b : konstitutivní - mucinová granula i malé vesikuly jsou kontinuálně exocytovány g - různá agens g (cytokiny, ( y y, bakteriálními regulovaná produkty, neurotransmitery, nukleotidy atd.) dají ppodnět k exocytose y mucinových ý ggranul
Model biosyntézy a sekrece mucinových glykoproteinů pohárkovými a mukozními buňkami
Hlavní typy mucinových O-glykanů
Vytášek 2008
Odpověď sekrečních buněk dýchacích cest na akutní a chronické podněty
