Протеогликаны, ассоциированные с клетками

В процессе развития клеток появляются малые протеогликаны, получившие название протеогликанов, ассоциированных с клетками. Это семейство белков включает серглицины, синдеканы, бетаглицины, тромбомодулин, фосфатидилинозитол - заякоренные протеогликаны.

Синдеканы включают 4 типа различных белков. Они являются интегральными протеогликанами и содержат внутриклеточный, трансмембранный и внеклеточный домены. Внеклеточный домен этих белков имеет сходство с доменом протеиназ и способен открывать мембрану клетки, а также содержит и варьирующие цепи гликозаминогликанов, соединённых с синдеканом. Так, синдеканы 1 и 3 содержат гепарансульфат и хондроитинсульфат. Синдекан-1 появляется в эпителиальных клетках в процессе развития, синдекан-2 (фиброгликан) синтезируется фибробластными клетками и гепатоцитами; синдекан-3 (N-синдекан) присутствует в нервной ткани и развивающихся хрящах, а синдекан-4 (риудокан, амфигликан) - в эндотелии, эпителии, гладкомышечных клетках и фибробластах кожи. Синдеканы через внеклеточные домены связывают коллагены, фибронектин, тромбоспондин, тенасцин и фактор роста фибробластов. Внутриклеточные домены синдекана через актин связываются с цитоскелетом.

Серглицины выделены из секреторных везикул. Их состав зависит от типа клеток и клеточной дифференцировки. С коровым белком связаны цепи хондроитин- и гепарансульфата. Особенностью молекул серглицина является высокое содержание сульфатных остатков, что придаёт им устойчивость к протеолизу. Мол. масса серглицинов варьирует в больших пределах (60-750 кДа), а мол. масса корового белка практически постоянна (16-18 к Да).

Считают, что серглицины вовлечены в регуляцию ферментативной активности секреторных гранул и дифференцировку гемопоэтических клеток.

Некоторые серглицины синтезируются эндотелиальными клетками, и их синтез повышается под влиянием фактора некроза опухолей и интерлейкина 1 (ИЛ-1). Серглицин может принимать участие в миграции лейкоцитов при воспалительных процессах. Недавно установлено, что с другими протеогликанами они участвуют в адгезии и активации лимфоидных клеток.

Протеогликаны базальных мембран

В составе базальных мембран выделена целая группа гетерогенных протеогликанов, содержащих гепарансульфат. В структуре корового белка имеются глобулярные домены, разделённые стержневыми фрагментами. Глобулярные домены обеспечивают связь этих протеогликанов с коллагеном IV типа, ламинином и другими гликопротеинами, а также с клетками, расположенными на базальной мембране.

Основным гепарансульфатсодержащим протеогликаном базальных мембран является перлекан. Полипептидная цепь, состоящая из 3500 аминокислотных остатков, связана с тремя гепарансульфатными цепями через гидроксильные группы серина в N-концевой области. Каждая полисахаридная цепь содержит до 200 мономеров. В молекуле перлекана определяется около трёх десятков глобулярных доменов, разделённых короткими стержневидными фрагментами, обеспечивающих связь между клетками и компонентами межклеточного матрикса.

Сохранение биомеханических и физиологических особенностей соединительной ткани во многом определяется поддержанием баланса между процессами биосинтеза и деградации коллагенов и протеогликанов. Распад и синтез протеогликанов регулируют: 1) гормоны - соматотропин, тироксин, инсулин; 2) цитокины - ИЛ-1, кахектины; 3) витамины группы А и С; 4) микроэлементы; 5) факторы роста.

Синтез протеогликанов

Синтез протеогликанов начинается с биосинтеза корового белка на полирибосомах. Уже в процессе трансляции белка в шероховатой эндоплазматической сети происходит связывание трисахаридов через амидные группы остатков аспарагина. В качестве донора олигосахаридов выступают долихолсвязанные олигосахариды с высоким содержанием маннозы. После присоединения N-сцепленных олигосахаридов стержневой белок подвергается ксилозилированию и фосфорилированию. УДФ-ксилозатрансфераза, осуществляющая перенос остатков ксилозы на гидроксильную группу стержневого белка, является одним из ключевых ферментов биосинтеза протеогликанов. Дальнейшие процессы образования цепей ГАГ происходят в аппарате Гольджи. Полисахаридные цепи ГАГ синтезируются путём последовательного присоединения моносахаридов, донорами которых обычно являются соответствующие УДФ - сахара. На мембранах аппарата Гольджи локализованы гликозилтрансферазы, при участии которых белковая молекула и подвергается гликозилированию.

УДФ-галактозилтрансфераза I переносит на ксилозу первый остаток галактозы, УДФ-галактозилтрансфераза II - второй остаток галактозы, а завершается формирование связующего трипептида присоединением к нему остатка глюкуроновой кислоты. Эту реакцию катализирует УДФ-глюкуронилтрансфераза I. Дальнейший синтез полисахаридной цепи осуществляется последовательным присоединением N-ацетилгалактозамина (или N-ацетилглюкозамина, галактозы) и глюкуроновой (или идуроновой) кислоты.

Модификацией цепей гликозаминогликанов является сульфатирование, то есть присоединение сульфата к С-4 и (или) к С-6 N-ацетилгалактозамина. Сульфат переносится на молекулу-акцептор с помощью специфических сульфотрансфераз. Донором сульфатной группы выступает 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфат (ФАФС).

Аминосахара и гексуроновые кислоты синтезируются из глюкозы. Непосредственным же предшественником N-ацетилглюкозамина и N-ацетилгалактозамина является фруктозо-6-фосфат. Источником NН₂-группы для сахаров выступает глутамин. Образовавшийся аминосахар далее ацетилируется с помощью ацетил-КоА.

В реакциях эпимеризации после включения глюкуроната в углеводную цепь из D-глюкуроновой кислоты образуется L-идуроновая кислота.

На синтез гликозаминогликанов влияют соматотропин и ретиноевая кислота, которые активируют включение сульфата в молекулы. Напротив, синтез гиалуроновой кислоты и сульфатированных гликозаминогликанов тормозят глюкокортикоиды и половые гормоны.

Распад протеогликанов

Распад протеогликанов - физиологический процесс, заключающийся в регулярном обновлении внеклеточных и внутриклеточных макромолекул. В деградации протеогликанов участвуют протеиназы и гликозидазы. Вначале коровый и связующие белки подвергаются воздействию свободных радикалов и в межклеточном матриксе гидролизуются матриксными металлопротеиназами - коллагеназой, желатиназой, стромелизином. Протеиназы расщепляют коровый белок, а гликозидазы гидролизуют цепи гликозаминогликанов и олигосахаридов. Все протеогликаны, содержащие цепи хондроитинсульфата, дерматансульфата, гепарансульфата и кератансульфата, первоначально расщепляются на фрагменты. Затем фрагменты протеогликанов захватываются бластными клетками и подвергаются внутриклеточной деградации. Эти фрагменты могут также с лимфой и кровью переноситься в печень. В гепатоцитах происходит их дальнейший гидролиз, в котором участвуют аспартильные, сериновые и другие протеиназы [1].

 

Гликопротеины

Протеогликаны отличаются от большой группы белков, которые называют гликопротеинами. Эти белки тоже содержат олигосахаридные цепи разной длины, ковалентно прикрепленные к полипептидной основе. Углеводный компонент гликопротеинов гораздо меньший по массе, чем у протеогликанов, и составляет не более 40% от общей массы.

Функции гликопротеинов:

· структурные молекулы;

· защитные (муцины, иммуноглобулины, антигены гистососместимости, комплимент, интерферон)

· транспортные молекулы для витаминов, липидов, микроэлементов;

· гормоны: тиротропин, хорионический гонадотропин;

· ферменты (нуклеазы, факторы свертывания крови)

· осуществление межклеточных контактов.

Метаболизм протеогликанов и гликопротеинов зависит от скорости их синтеза и распада. Их полипептидные цепи синтезируются на мембранносвязанных полирибосомах по матричному механизму синтеза. Полисахаридные цепи присоединяются к белку через связующую область, в состав которой чаще всего входит трисахарид галактоза-галактоза-ксилоза и соединяется с остатком серина корового белка.

Полисахаридные цепи синтезируются путем последовательного присоединения моносахаридов. Донорами моносахаридов обычно являются соответствующие нуклеотид-сахара. Реакции синтеза катализируются ферментами семейства трансфераз, обладающими абсолютной субстратной специфичностью. Эти трансферазы локализованы на мембранах аппарата Гольджи. Сюда по каналам эндоплазматической сети поступает коровый белок, к которому присоединяются моносахариды связующей области, и затем наращивается вся полисахариднакя цепь. Сульфатирование углеводной части происходит с помощью ФАФС.

На синтез гликозаминогликанов влияют глюкокортикоиды: они тормозят образование гиалуроновой кислоты и сульфатированных гликозаминогликанов. Показано также тормозящее действие половых гормонов в органах-мишенях.

Разрушение полисахаридных цепей осуществляется экзо- и эндогликозидазами и сульфатазами, к которым относят гиалуронидазу, глюкуронидазу, галактозидазу, нейраминидазу и другие лизосомальные гидролазы, обеспечивающие постепенное их расщепление до мономеров. Генетически детерминированный дефект указанных ферментов приводит к нарушению распада белково-углеводных комплексов и накоплению их в лизосомах. Развиваются мукополисахаридозы, проявляющиеся значительными нарушениями в умственном развитии, поражениями сосудов, помутнением роговицы, деформациями скелета [2].

Углеводный компонент гликопротеинов - это олигосахарид, состоящий 10 - 15 мономерных единиц. Этими мономерными единицами могут быть в основном минорные моносахариды: манноза, метилпентозы рамноза и фукоза, арабиноза, ксилоза. На конце этого олигосахарида имеется еще одно производное моносахаридов: сиаловые кислоты (ацильные производные нейраминовой кислоты). Если в крови увеличивается концентрация сиаловых кислот - значит, идет распад межклеточного матрикса. Это бывает при воспалении.

Углеводные компоненты гликопротеинов также, как и углеводные компоненты гликопротеинов обладают свойствами тканевых антигенов.

В отличие от протеогликанов белковая часть гликопротеинов составляет менее 10%, углеводный компонент представлен олигосахаридных цепью с 1015 мономеров. Мономерами гликопротеинов могут быть: манноза, фукоза, рамноза, арабиноза, ксилоза, сиаловые кислоты (ацильные производные неграминовои кислоты). Гликопротеины отличаются между собой разнообразием олигосахаридных цепей, последовательностью аминокислот в белке. Они выполняют роль матрицы, регулирующего расположения и стабилизирует фибриллы коллагена, их агрегацию с протеогликанами; образуют основу для формирования эластиновых структур, участвующих в минерализации тканей.

ГЛИКОПРОТЕИНЫ делят на 2 группы:

1. Растворимые

2. Нерастворимые.

Углеводная часть гликопротеинов очень вариабельна. Важное значение имеет последовательность моносахаридов, как и последовательность аминокислот в белковой части. Из гликопротеинов наиболее изучены растворимый фибронектин и нерастворимый ламинин.

Растворимые гликопротеины представлены особым белком - фибронектином. Молекулярная масса фибронектина - 440 кДа. Он состоит из двух полипептидных цепей, соединенных дисульфидным мостиком. Отдельная цепь состоит из 78 доменов, между которыми есть неструктурированные гибкие участки. Обязательным компонентом домена является последовательность: Арг-Гли-Асп, с помощью которой он может присоединяться к клеточным рецепторам (интегринам). На доменах расположены специфические центры для связывания различных веществ. Фибронектин присоединяется к углеводным остаткам сиалогликолипидов (ганглиозидов) и сиалогликопротеинов клеточных мембран, коллагена, гиалуроновой кислоты, сульфитированных гликозамингликанов, гепарина.

Он обычно располагается на поверхности фибробластов и участвует в адгезии всех перечисленных клеточных структур, а, значит, и клеток. Известно, что при опухолевых заболеваниях количество фибронектина снижается, что способствует метастазированию опухоли.

На молекуле фибронектина есть центр связывания для энзима трансглутаминазы, регулирующая реакцию между остатками глутаминовой кислоты одного белка и остатками лизина другого белка. Присоединяясь к фибронектину, трансглутаминаза «сшивает» отдельные молекулы белка друг с другом и с другими белками. Благодаря своим свойствам фибронектин выполняет интегративную функцию в организации межклеточного вещества, а также способствует адгезии клеток, поэтому его называют «молекулярным клеем». Различные типы фибронектина способствуют миграции эпителиальных и мезенхимальных клеток, стимулируют пролиферацию и миграцию эмбриональных и опухолевых клеток, контролируют дифференцировку и поддержания цитоскелета клеток, участвующих в воспалительных и пролиферативных процессах.

К растворимым гликопротеинам также относятся COR-белок - компонент протеогликанов, связующие белки, а также целый ряд белков плазмы крови.

Нерастворимые гликопротеины образуют "каркас", "строму" межклеточного матрикса [3].

К нерастворимым гликопротеинам относятся: Ламинин, нидоген, фибриллин, остеонектин, тенасцин и тромбоспондин.

Ламинин относят к нерастворимым белкам базальных мембран. Его молекула имеет крестообразную форму и состоит из трех полипептидных цепей. Молекула ламинина имеет центры связывания для коллагена IV типа, нидогена, фибронектина и других веществ, несколько центров связывания с клетками. Основная функция белка — моделирование клеточного поведения через воздействие на их рост, морфологию, дифференцировку и подвижность. Он выполняет функцию адгезивного белка для эпителиальных и мезенхимальных клеток.

Нидоген — сульфатированный гликопротеин базальных мембран. Белок имеет один полипептидную цепь с тремя глобулярными доменами: один имеет центр связывания ламинина, другой — центр связывания коллагена IV типа. Нидоген может образовывать тройной комплекс ламининнидогенколаген, связывает различные компоненты межклеточного матрикса. Он содержит специфические последовательности для присоединения к клеточной поверхности.

Фибриллин — структурный гликопротеин, компонент микрофибрилл, который обеспечивает образование эластиновых волокон. Он есть в аорте, хрусталике глаза. Нарушение его синтеза белка вызывает развитие синдрома Марфана.

Остеонектин, тенасцин, тромбоспондин — гликопротеины, участвующие в эмбриогенезе и морфогенезе, клеточного ответа на повреждения, способные взаимодействовать с различными лигандами, могут проявлять как антиадгезивные, так и адгезивные свойства. Концентрация этих белков может повышаться при некоторых опухолевых заболеваниях [4].

 

Список использованной литературы:

1. Биохимия тканей и жидкостей полостей рта: учебное пособие / Вавилова Т.П. - 2-е изд., испр. и доп. - 2008. - 208 с. : ил.

2. http://allrefs.net/c26/4czgq/p149/

3.http://medbe.ru/materials/kostnaya-i-khryashchevaya-tkan/soedinitelnaya-tkan-stroenie-funktsii-sostav/

4. http://bagazhznaniy.ru/priroda/specialnye-belki-soedinitelnoj-tkani