Glikozilacija

GLIKOZILACIJA

Glikozilacija je ena najpogostejših kovalentnih modifikacij proteinov. Glikoproteini običajno obstajajo kot kompleksne mešanice glikoziliranih oblik z različnimi biološkimi vlogami. Oligosaharid se na protein lahko veže preko hidroksilne skupine serina oz. treonina (O-glikozilacija) ali pa preko aminske skupine asparagina (N-glikozilacija). Na asparaginsko enoto se oligosaharid lahko pripne le, če je ta del značilnega zaporedja Asp–X–Ser/Thr, in kjer X predstavlja katerikoli aminokislinski ostanek razen Pro.

Glikozilacija se odvija v endoplazemskem retikulumu (ER) in golgijev aparat (GA) ter vključuje vrsto encimsko kataliziranih reakcij. Narava pripetih sladkorjev na posamezni protein je odvisna od vrste celice, v kateri se glikoprotein izraža in se regulira glede na razvoj ali bolezensko stanje celice. Biološka vloga glikozilacije proteinov je raznolika, tako so ključni npr. pri imunskem odgovoru, virusni replikaciji, celični rasti, celični adheziji, vnetju, fertilizaciji in drugo. Npr.: različne krvne skupine so tako odraz različne zgradbe oligosaharidov na membrani eritrocitov. Za krvno skupino A je značilen N-acetilgalaktozamin, za krvno skupino B pa -D-galaktoza.

N-glikozilacija

N-glikozilacija je v primerjavi z O-glikozilacijo pogostnejša in kompleksnejša. Okoli 70% proteinov poseduje značilno potencialno glikozilacijsko mesto Asp–X–Ser/Thr. N–glikozilacija se začne v grobem endoplazemskem retikulumu (ER) in se nadaljuje v Golgijevem aparatu (GA). V membrani ER se nahaja lipidna molekula dolihol fosfat, ki je sestavljena iz 20 izoprenskih enot in predstavlja prekurzor za oligosaharid. Na fosfatno skupino dolihola se na citosolni strani membrane najprej vežeta dve aktivirani molekuli UDP–N-acetilglukozamina, nato pa še 5 aktiviranih GDP–manoz. Proces poteka s pomočjo citosolnih encimov, ki katalizirajo prenos monosaharida s sladkornega nukleotida na dolihol. S pomočjo encima flipaze se celotna struktura prestavi v lumen ER, kjer se nadalje pripnejo še štiri manoze in tri glukoze. Končni produkt je na dolihol vezan oligosaharid, sestavljen iz 14 sladkornih enot, Glc3Man9(GlcNAc)2 (slika1). Oligosaharil-tranferaza nato prenese celoten oligosaharid na ustrezen asparagin sintetizirajoče verige proteina, glikozidaze pa odstranijo tri glukozne in en manozni ostanek, kar predstavlja signal, da se protein prenese v cis Golgi (Slika 2). Tam se izvede nadaljnje procesiranje v smislu odstranjevanja sladkornih ostankov in pripenjanja novih, najpogosteje N-acetilglukozamina, galaktoze, fukoze in sialne kisline. Za vse končne oblike N-vezanih oligosaharidov pa je značilno enako pentasaharidno jedro, Man3(GlcNAc)2. N-glikozilacija omogoča pravilno zvijanje proteinov v ER in poveča njihovo stabilizacijo.

O-glikozilacija

O-glikozilacija je post-translacijska modifikacija proteinov.Pri O-glikozilaciji nastane O-glikozidna vez, ki povezuje hidroksilno skupino serinskih ali treoninskih ostankov v proteinu in prvim monosaharidom v oligosaharidu. Monosaharidne enote sestavljajo razvejan oligosaharid, v katerem je običajno manj kot 15 monosahardnih molekul. Pri O-glikozidni vezi je dolžina oligosaharida krajša kot pri N-glikozidni vezi, in sicer je dolga od 2 do 10 monosaharidov. Je tudi manj predvedljiva vez kot N-glikozidna. O-glikozilacija je običajna pri serinih/treoninih, ki so del  zavoja v bližini prolina. O-glikozilacija v celoti poteka v Golgijevem aparatu. Oligosaharidi na površini celice tvorijo glikokaliks, ki ima vlogo zaščite, prepoznavnosti in značilnosti celic. Encimi , ki omogočajo modifikacijo so isti kot pri N-glikozilaciji.

O-N-acetilgalaktozamin (O-GalNAc)

O-acetilgalaktozamin se veže na serin/treonin s pomočjo N-acetilgalaktozamintransferaze. Zatem se lahko v GA dodajo še sailična kislina in galaktoza. Ta proces je pomemben za določene proteine, kot npr.: pretoglikane, kjer osnovno molekule predstavlja glikoprotein, na katerega so kovalentno vezani glikozaminoglikani (npr.: hondroitinsulfat in keratansulfat).Proteoglikani imajo predvsem strukturno funkcijo. Tvorijo porozne, hidratizirane gele, ki so zaradi nestisljivosti vode odporni proti pritiskom in omogočajo veliko mehansko odpornost zunajceličnega matriksa. Pomembni so tudi, ker se nanje vežejo številne obveščevalne molekule, rastni faktorji in encimi ter tako vplivajo tudi na delovanje celic v tkivu. Npr.: keratansulfat 2 se veže preko OH skupine na serin/treonin, najdemo ga v kostnini.

O-fukoza

Glikozilacija pri Notch proteinih in drugih substratih poteka s pomočjo encima GDP-fukoza-protein-O-fukoziltransferaza 1, ki spremeni GDP-β-L-fukozo v fukozo-α-O-serine/treonin. Proteinu se lahko pri potovanju skozi cisterne GA doda še GlcNAc, galaktoza in sailična kislina. Pri trombospondinih poteka O-fukozo-glikozilacija preko encima GDP-fukoza-protein-O-fukoziltransferaza 2, temu pa lahko sledi še dodajanje glukoznih enot. Obe fukoziltransferaze sta bili najdeni v endoplazmatskem retikulumu, kar je nenavadno, saj večin glikoziltransferaz deluje v Golgijevem apratu.

O-glukoza

O-glukoza je dodana proteinom z encimom O-glikoziltransferaza. Encim je prav tako lokaliziran v ER kot fukoziltransferaze.

O-N-acetilglukozamin (O-GlyNAc)

O-N-acetilglukozamin je dodan serinu/treoninu z encimom O-GlcNAc-transferaza. Sladkorna enota se dodaja na serine oz treonine, ki se niso fosforizilari s pomočjo serin/treonin-kinaze. Na teh aminokislinah torej poteče ali fosforizacija ali glikozilacija. Dodajanje/odstranjevanje O-GlcNAc je pomembno pri regulaciji nepravilnih bioloških poti pri sladkorni bolezni.

Viri in literatura

• Stryer, L. in sod. Biochemistry., 5th Edition
• Boyer, R. Temelji biokemije. Ljubljana: Študentska založba, 2005
• Veranič, P. Romih, R. Pšeničnik, M. Praktični pouk celične biologije.2.izdaja, Ljubljana: Tehniška založba Slovenjije, d.d., 2005
• http://en.wikipedia.org/wiki/Glycosylation