EIWITGLYCOSYLERING: SOORTEN, PROCESSEN EN FUNCTIES - BIOLOGIE - 2026

De eiwitglycosylering is een posttranslationele modificatie door de toevoeging van lineaire of vertakte oligosaccharideketens. De resulterende glycoproteïnen zijn in het algemeen oppervlakte-eiwitten en eiwitten van de secretoire route.

Glycosylering is een van de meest voorkomende peptidemodificaties bij eukaryote organismen, maar er is aangetoond dat het ook voorkomt bij sommige soorten archaea en bacteriën.

Voorbeeld van oligosaccharideketens die door glycosylering aan eiwitten kunnen binden (Dna 621, van Wikimedia Commons)

Bij eukaryoten vindt dit mechanisme plaats tussen het endoplasmatisch reticulum (ER) en het Golgi-complex, met tussenkomst van verschillende enzymen die betrokken zijn bij zowel regulerende processen als bij de vorming van covalente bindingen van proteïne + oligosaccharide.

Soorten glycolyse

Afhankelijk van de bindingsplaats van het oligosaccharide aan het eiwit, kan glycosylering worden ingedeeld in 4 typen:

N-

Het komt het meest voor en treedt op wanneer oligosacchariden binden aan de stikstof van de amidegroep van asparagineresiduen in het Asn-X-Ser / Thr-motief, waarbij X elk aminozuur kan zijn behalve proline.

OF

Wanneer koolhydraten binden aan de hydroxylgroep van serine, treonine, hydroxylysine of tyrosine. Het is een minder gebruikelijke modificatie en voorbeelden zijn eiwitten zoals collageen, glycoforine en mucines.

C-

Het bestaat uit de toevoeging van een mannoserest dat aan het eiwit bindt door een CC-binding met de C2 van de indoolgroep in tryptofaanresten.

Glipiation (uit het Engels "

Een polysaccharide werkt als een brug om een ​​eiwit te hechten aan een glycosylfosfatidylinositol (GPI) -anker op het membraan.

Werkwijze

In eukaryoten

N -glycosylering is degene die het meest in detail is bestudeerd. In zoogdiercellen begint het proces in het ruwe ER, waar een voorgevormd polysaccharide zich bindt aan eiwitten wanneer ze uit ribosomen komen.

Genoemde precursor polysaccharide is samengesteld uit 14 suikerresiduen, namelijk: 3 glucose (Glc), 9 mannose (Man) en 2 N-acetyl glucosamine (GlcNAc) residuen.

Deze voorloper komt veel voor in planten, dieren en eencellige eukaryote organismen. Het is aan het membraan gebonden dankzij een binding met een dolicholmolecuul, een isoprenoïde lipide ingebed in het ER-membraan.

Na zijn synthese wordt het oligosaccharide door het oligosacaryltransferase-enzymcomplex overgebracht naar een asparagineresidu dat is opgenomen in de tri-peptidesequentie Asn-X-Ser / Thr van een eiwit terwijl het wordt getranslateerd.

De drie Glc-residuen aan het einde van het oligosaccharide dienen als een signaal voor een correcte oligosaccharidesynthese en worden samen met een van de Man-residuen gesplitst voordat het eiwit naar het Golgi-apparaat wordt gedragen voor verdere verwerking.

Eenmaal in het Golgi-apparaat kunnen de oligosaccharidegedeelten die aan de glycoproteïnen zijn gehecht, worden gemodificeerd door de toevoeging van galactose, siaalzuur, fucose en vele andere residuen, wat ketens oplevert met een veel grotere variëteit en complexiteit.

Oliosaccharide-verwerking (Dna 621, van Wikimedia Commons)

De enzymatische machinerie die nodig is om de glycosyleringsprocessen uit te voeren, omvat talrijke glycosyltransferasen voor de toevoeging van suikers, glycosidasen voor de verwijdering ervan en verschillende nucleotidesuikertransporteurs voor de bijdrage van residuen die als substraten worden gebruikt.

In prokaryoten

Bacteriën hebben geen intracellulaire membraansystemen, dus de initiële oligosaccharidevorming (van slechts 7 residuen) vindt plaats aan de cytosolische kant van het plasmamembraan.

Genoemde precursor wordt gesynthetiseerd op een lipide dat vervolgens wordt getransloceerd door een ATP-afhankelijke flipase naar de periplasmatische ruimte, waar glycosylering plaatsvindt.

Een ander belangrijk verschil tussen eukaryote en prokaryote glycosylering is dat het enzym oligosaccharide transferase (oligosacaryltransferase) van bacteriën suikerresiduen kan overbrengen naar vrije delen van reeds gevouwen eiwitten, niet omdat ze worden vertaald door ribosomen.

Bovendien is het peptidemotief dat door dit enzym wordt herkend, niet dezelfde eukaryote tri-peptidesequentie.

Kenmerken

N-oligosacchariden die aan glycoproteïnen zijn gehecht, dienen verschillende doeleinden. Sommige eiwitten hebben bijvoorbeeld deze posttranslationele modificatie nodig om de juiste vouwing van hun structuur te bereiken.

Voor anderen biedt het stabiliteit, hetzij door proteolytische afbraak te vermijden, hetzij omdat dit deel nodig is om hun biologische functie te vervullen.

Aangezien oligosacchariden een sterk hydrofiel karakter hebben, wijzigt hun covalente toevoeging aan een eiwit noodzakelijkerwijs de polariteit en oplosbaarheid ervan, wat relevant kan zijn vanuit een functioneel oogpunt.

Eenmaal gehecht aan membraaneiwitten zijn oligosachariden waardevolle informatiedragers. Ze nemen deel aan de processen van celsignalering, communicatie, herkenning, migratie en adhesie.

Ze spelen een belangrijke rol bij de bloedstolling, genezing en immuunrespons, evenals bij de verwerking van eiwitkwaliteitscontrole, die glycaanafhankelijk en onmisbaar is voor de cel.

Belang

Ten minste 18 genetische ziekten zijn in verband gebracht met eiwitglycosylering bij mensen, waarvan sommige gepaard gaan met een slechte lichamelijke en geestelijke ontwikkeling, terwijl andere fataal kunnen zijn.

Er is een groeiend aantal ontdekkingen met betrekking tot glycosyleringsziekten, vooral bij pediatrische patiënten. Veel van deze aandoeningen zijn aangeboren en hebben te maken met defecten die verband houden met de eerste stadia van oligosaccharidevorming of met de regulering van de enzymen die aan deze processen deelnemen.

Aangezien een groot deel van de geglycosyleerde eiwitten de glycocalyx vormen, is er een toenemende interesse om te verifiëren dat mutaties of veranderingen in de glycosyleringsprocessen verband kunnen houden met de verandering in de micro-omgeving van tumorcellen en zo de progressie van tumorcellen bevorderen. tumoren en ontwikkeling van metastasen bij kankerpatiënten.

Referenties

1. Aebi, M. (2013). N-gebonden eiwitglycosylering in de ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430-2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., & Warren, CE (1999). Eiwitglycosylering bij ontwikkeling en ziekte. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Moleculaire celbiologie (5e ed.). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Membraan structurele biologie: met biochemische en biofysische grondslagen. Cambridge University Press. Opgehaald van www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL en Cox, MM (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega Editions (5e ed.).
6. Nothaft, H., en Szymanski, CM (2010). Eiwitglycosylering in bacteriën: zoeter dan ooit. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765-778.
7. Ohtsubo, K., en Marth, JD (2006). Glycosylatie in cellulaire mechanismen van gezondheid en ziekte. Cell, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Eiwitglycosylering: aard, distributie, enzymatische vorming en ziekte-implicaties van glycopeptidebindingen. Glycobiology, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., en Cummings, RD (2015). Eiwitglycosylering bij kanker. Annual Review of Pathology: Mechanisms of Disease, 10 (1), 473-510.
10. Strasser, R. (2016). Glycosylering van plantaardige eiwitten. Glycobiology, 26 (9), 926-939.
11. Xu, C., en Ng, DTW (2015). Glycosylatiegerichte kwaliteitscontrole van eiwitvouwing. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742-752.
12. Zhang, X., & Wang, Y. (2016). Glycosylatie kwaliteitscontrole door de Golgi-structuur. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183-3193.