PROTEOGLYCANEN: STRUCTUUR, KENMERKEN, FUNCTIE, VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2025

De proteoglycanen zijn geglycosyleerde eiwitten, in het algemeen geassocieerd met anionische glycosaminoglycansubstituenten (GAG's). Ze bevinden zich meestal aan de buitenkant van het celmembraan of "vullen" de extracellulaire ruimte, dus ze maken deel uit van veel bindweefsels.

Van deze complexe macromoleculen zijn de meest bestudeerde en geanalyseerde die van kraakbeencellen bij gewervelde dieren, aangezien de extracellulaire matrix hierin meer dan 90% van het droge gewicht van het weefsel waaruit ze bestaan, omvat, waar ze onder andere invloed op hebben weerstand tegen compressie.

Structuur van de extracellulaire matrix waaruit hyaline kraakbeen bestaat (bron: zie pagina voor auteur / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Structureel dragen proteoglycanen bij aan de organisatie van de extracellulaire matrix, die veel weefsels of individuele cellen hun meest onderscheidende fysische eigenschappen geeft. Bovendien zijn deze belangrijk voor veel intercellulaire communicatie- en signaleringsgebeurtenissen.

Ze zijn buitengewoon overvloedig, alomtegenwoordig (ze komen voor in talloze soorten cellen) en complexe eiwitten, waarvan de biologische functies en biochemische eigenschappen fundamenteel te danken zijn aan de kenmerken van hun koolhydraatcomponenten, die een groot hydratatievermogen hebben.

Ze nemen actief deel aan intercellulaire communicatie, adhesie- en migratieprocessen en zijn ook betrokken bij de ontwikkeling van verschillende weefsels bij dieren, zoals de perineuronale netwerken van het zenuwstelsel.

Structuur en kenmerken van proteoglycanen

Proteoglycanen zijn geglycosyleerde eiwitten op het extracellulaire oppervlak, hoewel er enkele zijn die in intracellulaire compartimenten kunnen worden aangetroffen. Het zijn over het algemeen zeer overvloedige moleculen, maar hun overvloed hangt af van het beschouwde celtype.

Gewoonlijk bestaat het koolhydraatgedeelte van een proteoglycaan uit glycosaminoglycaanmoleculen, dit zijn lineaire polysacchariden die zijn samengesteld uit zich herhalende disacchariden, meestal van een geacetyleerde aminosuiker die wordt afgewisseld met uronzuur.

De algemene structuur ervan bestaat daarom uit een eiwit "kern" die kan associëren met meer dan 100 onvertakte glycosaminoglycanketens, verbonden door middel van O-glycosylering.

Het zijn behoorlijk diverse moleculen in termen van structuur, vorm en functie. In de cellen van gewervelde dieren zijn bijvoorbeeld verschillende combinaties van verschillende soorten eiwitten en verschillende klassen glycosaminoglycanen geïdentificeerd, namelijk:

Eiwit

- Transmembraaneiwitten op het celoppervlak (extracellulaire matrix)

- Eiwitten covalent gekoppeld aan glycosylfosfatidylinositol (GPI) ankers)

Glucosaminoglycanen

- Hyaluronzuur (HA)

- Chondroïtinesulfaat (CS)

- Keratansulfaat (KS)

- Dermatansulfaat (DS)

- Heparaansulfaat (HS)

Schema van proteoglycanen en enkele combinaties van glycosaminoglycanen (Bron: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Sommige proteoglycanen zoals syndecanen, die transmembraaneiwitten zijn, zijn gehecht aan 2 ketens van heparaansulfaat en 1 van chondroïtinesulfaat; Ondertussen heeft een ander proteoglycaan, aggrecan (kraakbeenspecifiek) ongeveer 100 ketens van chondroïtinesulfaat en 30 van keratansulfaat.

Uit het voorgaande wordt duidelijk dat de glycosyleringskenmerken van elk eiwit, evenals het type cel waartoe het behoort, degene zijn die de identiteit van elk proteoglycaan op het celoppervlak bepalen.

Functie

Hun functies zijn afhankelijk van de structurele kenmerken van proteoglycanen. Dit geldt in het bijzonder voor die kenmerken die verband houden met het glycosaminoglycaandeel, aangezien deze moleculen het eiwit in staat stellen te interageren met andere elementen op het celoppervlak.

Die eiwitten die rijk zijn aan heparansulfaatresiduen kunnen relatief gemakkelijk binden aan verschillende groeifactoren, aan andere componenten van de extracellulaire matrix, aan enzymen, proteaseremmers, chemokinen, enz., En daarom spelen ze een fundamentele rol bij de transductie van signalen naar de intracellulaire omgeving.

Proteoglycanen kunnen dus structurele functies in de matrix vervullen of ze kunnen meer specifieke functies hebben bij de overdracht van berichten van de extracellulaire omgeving naar de cytosolische ruimte.

In de afgelopen jaren is de belangstelling voor de studie van proteoglycanen aanzienlijk gegroeid, een feit dat verband houdt met de ontdekking van het belang dat deze moleculen hebben bij sommige pathologische aandoeningen bij mensen.

Een voorbeeld hiervan is het Simpson-Golabi-Behmel-syndroom (GBSS), gekenmerkt door overdreven pre- en postnatale groei, geboorteafwijkingen en gevoeligheid voor tumorvorming geassocieerd met mutaties in een proteoglycaan dat rijk is aan heparaansulfaat. en verankerd door GPI.

Belangrijkste proteoglycanen van de slagaders en bloedvaten. Het molecuulgewicht van de eiwitkern wordt weergegeven (Bron: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Cell functies

Vrijwel alle cellulaire processen waarbij moleculaire interacties op het celoppervlak betrokken zijn, zoals cel-matrix-, cel-cel- en ligand-receptor-interacties, hebben op de een of andere manier te maken met proteoglycanen, aangezien ze in staat zijn om aan grote hoeveelheden te binden. van andere moleculen en zijn aanzienlijk overvloedig aanwezig op het oppervlak.

Tijdens de ontwikkeling van het zenuwstelsel en ook tijdens de invasie van een tumor en metastasen, dat wil zeggen gebeurtenissen die te maken hebben met bewegingen en celextensies of -extensies, oefenen proteoglycanen zeer actieve functies uit.

Deze geglycosyleerde eiwitten nemen ook deel aan de processen van adhesie, proliferatie en vestiging van celvorm, en die die transmembraaneiwitten zijn die een cytosolisch domein bezitten, nemen deel aan transductie- en signaalcascades.

Voorbeelden van proteoglycanen

Aggrecano

Aggrecan is het belangrijkste proteoglycaan dat aanwezig is in kraakbeenweefsel, dat wordt geassocieerd met fragmenten van het glycosaminoglycaan "hyaluronan" (HA) in de extracellulaire matrix van chondrocyten.

Hyaluronan is een lineair glycosaminoglycaan dat bestaat uit afwisselende residuen van glucuronzuur en N-acetylglucosamine, die zowel op het celoppervlak als in de extracellulaire matrix en in cellen kunnen worden aangetroffen.

De binding van hyaluronan aan aggrecan vindt plaats via een "bindend eiwit" dat belangrijke aggregaten vormt met molecuulgewichten tot enkele miljoenen dalton.

Veel leeftijdsgerelateerde gewrichtsaandoeningen worden in verband gebracht met verhoogde aggrecan- en hyaluronaggregatie.

Pelecano

In de renale glomeruli bestaat het basismembraan voornamelijk uit een proteoglycaan bekend als pelecan, dat wordt geassocieerd met delen van heparaansulfaat. Dit proteoglycaan heeft belangrijke functies als een anionische ladingselectiviteitsplaats tijdens glomerulaire filtratie.

Dit proteoglycaan heeft de grootste eiwitkern die is waargenomen in elk van deze moleculen en er wordt gespeculeerd dat dit eiwitdomein kan interageren met andere macromoleculen die aanwezig zijn in het basismembraan.

Decorin

Decorin is een kleine interstitiële proteoglycaan en wordt gekenmerkt door een enkele glycosaminoglycaanketen en een kleine eiwitkern. Het is een belangrijk onderdeel van veel bindweefsels, het bindt zich aan type I collageenvezels en neemt deel aan de opbouw van de extracellulaire matrix.

Referenties

1. Godfrey, M. (2002). Extracellulaire matrix. Bij astma en COPD (pp. 211-218). Academische pers.
2. Iozzo, RV en Schaefer, L. (2015). Proteoglycaanvorm en -functie: een uitgebreide nomenclatuur van proteoglycanen. Matrix Biology, 42, 11-55.
3. Muncie, JM en Weaver, VM (2018). De fysische en biochemische eigenschappen van de extracellulaire matrix regelen het lot van de cel. In Actuele onderwerpen in ontwikkelingsbiologie (Vol. 130, pp. 1-37). Academische pers.
4. Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, april). Cellulaire functies van proteoglycanen - een overzicht. In Seminars in cel- en ontwikkelingsbiologie (Vol. 12, nr. 2, pp. 65-67). Academische pers.
5. Petty, RE en Cassidy, JT (2011). Structuur en functie. In Textbook of pediatric reumatology (pp. 6-15). WB Saunders.
6. Yanagishita, M. (1993). Functie van proteoglycanen in de extracellulaire matrix. Pathology International, 43 (6), 283-293.