Glicosilazione N-linked

Via di biosintesi delle glicoproteine N-linked: La sintesi dei glicani N-linked inizia nel reticolo endoplasmatico, continua nel Golgi e termina nella membrana plasmatica, dove le glicoproteine N-linked vengono secrete o vengono incorporate nella membrana plasmatica.

La biosintesi dei glicani N-linked avviene attraverso 3 fasi principali:

1. Sintesi dell’oligosaccaride precursore legato al dolichol
2. Trasferimento in blocco dell’oligosaccaride precursore alla proteina
3. Trasformazione dell’oligosaccaride

Sintesi, trasferimento in blocco e rifinitura iniziale dell’oligosaccaride precursore avvengono nel reticolo endoplasmatico (ER). La successiva elaborazione e modifica della catena oligosaccaridica viene effettuata nell’apparato di Golgi.

La sintesi delle glicoproteine è quindi spazialmente separata in diversi compartimenti cellulari. Pertanto, il tipo di N-glicano sintetizzato dipende dalla sua accessibilità ai diversi enzimi presenti all’interno di questi compartimenti cellulari.

Tuttavia, nonostante la diversità, tutti gli N-glicani sono sintetizzati attraverso un percorso comune con una struttura comune del nucleo del glicano.La struttura del nucleo del glicano è essenzialmente costituita da due residui di N-acetil glucosamina e tre di mannosio. Questo core glycan viene poi elaborato e modificato ulteriormente, dando luogo a una gamma diversificata di strutture di N-glicani.

Sintesi dell’oligosaccaride precursoreModifica

Il processo di glicosilazione N-linked inizia con la formazione dello zucchero GlcNAc legato al dolicholo. Il dolicholo è una molecola lipidica composta da unità isoprene ripetute. Questa molecola si trova attaccata alla membrana dell’ER. Le molecole di zucchero sono attaccate al dolichol attraverso un legame pirofosfato (un fosfato era originariamente legato al dolichol, e il secondo fosfato veniva dallo zucchero nucleotide). La catena oligosaccaridica viene poi estesa attraverso l’aggiunta di varie molecole di zucchero in modo graduale per formare un oligosaccaride precursore.

L’assemblaggio di questo oligosaccaride precursore avviene in due fasi: Fase I e II. La fase I ha luogo sul lato citoplasmatico dell’ER e la fase II ha luogo sul lato luminale dell’ER.

La molecola precursore, pronta per essere trasferita a una proteina, consiste di 2 GlcNAc, 9 mannosi e 3 molecole di glucosio.

Sintesi passo dopo passo dell’oligosaccaride precursore nel lume dell’ER durante la glicosilazione N-linked: il diagramma illustra i passaggi che avvengono sia nella fase I che nella fase II come descritto nella tabella.

Trasferimento del glicano alla proteinaModifica

Una volta formato l’oligosaccaride precursore, il glicano completato viene trasferito al polipeptide nascente nel lume della membrana ER. Questa reazione è guidata dall’energia rilasciata dalla scissione del legame pirofosfato tra la molecola di dolichol-glicano.Ci sono tre condizioni da soddisfare prima che un glicano sia trasferito a un polipeptide nascente:

• L’asparagina deve essere situata in una specifica sequenza di consenso nella struttura primaria (Asn-X-Ser o Asn-X-Thr o in rari casi Asn-X-Cys).
• L’asparagina deve essere situata in modo appropriato nella struttura tridimensionale della proteina (gli zuccheri sono molecole polari e quindi devono essere attaccati all’asparagina situata sulla superficie della proteina e non sepolti all’interno della proteina)
• L’asparagina deve essere trovata nel lato luminale del reticolo endoplasmatico perché la glicosilazione N-linked possa essere iniziata. I residui bersaglio si trovano nelle proteine secretorie o nelle regioni delle proteine transmembrana che si affacciano sul lume.

L’oligosaccariltransferasi è l’enzima responsabile del riconoscimento della sequenza di consenso e del trasferimento del precursore glicano a un polipeptide accettore che viene tradotto nel lume del reticolo endoplasmatico. La glicosilazione N-linked è quindi un evento co-traslazionale

Elaborazione dei glicaniEdit

Elaborazione dei glicani nell’ER e nel Golgi.

L’elaborazione dei N-glicani avviene nel reticolo endoplasmatico e nel corpo del Golgi. La rifinitura iniziale della molecola precursore avviene nell’ER e la successiva elaborazione avviene nel Golgi.

Dopo aver trasferito il glicano completato sul polipeptide nascente, due residui di glucosio vengono rimossi dalla struttura. Gli enzimi noti come glicosidasi rimuovono alcuni residui di zucchero. Questi enzimi possono rompere i legami glicosidici usando una molecola d’acqua. Questi enzimi sono esoglicosidasi in quanto lavorano solo su residui di monosaccaridi situati all’estremità non riducente del glicano. Questo passo iniziale di rifinitura si pensa che agisca come un passo di controllo della qualità nell’ER per monitorare il ripiegamento delle proteine.

Una volta che la proteina è ripiegata correttamente, due residui di glucosio vengono rimossi dalle glucosidasi I e II. La rimozione del terzo residuo finale di glucosio segnala che la glicoproteina è pronta per il transito dall’ER al cis-Golgi. La mannosidasi dell’ER catalizza la rimozione di questo glucosio finale. Tuttavia, se la proteina non è piegata correttamente, i residui di glucosio non vengono rimossi e quindi la glicoproteina non può lasciare il reticolo endoplasmatico. Una proteina chaperone (calnexina/calreticulina) si lega alla proteina dispiegata o parzialmente ripiegata per assistere il ripiegamento della proteina.

Il passo successivo comporta un’ulteriore aggiunta e rimozione di residui di zucchero nel cis-Golgi. Queste modifiche sono catalizzate rispettivamente da glicosiltransferasi e glicosidasi. Nel cis-Golgi, una serie di mannosidasi rimuove alcuni o tutti i quattro residui di mannosio nei legami α-1,2. Mentre nella porzione mediale del Golgi, le glicosiltransferasi aggiungono residui di zucchero alla struttura centrale del glicano, dando origine ai tre principali tipi di glicani: glicani ad alto mannosio, ibridi e complessi.

I tre principali tipi di glicani.

• L’alto-mannosio è, in sostanza, solo due N-acetilglucosammine con molti residui di mannosio, spesso quasi tanti quanti se ne vedono negli oligosaccaridi precursori prima di essere attaccati alla proteina.
• Gli oligosaccaridi complessi sono così chiamati perché possono contenere quasi qualsiasi numero di altri tipi di saccaridi, compresi più delle due N-acetilglucosammine originali.
• Gli oligosaccaridi ibridi contengono un residuo di mannosio su un lato del ramo, mentre sull’altro lato una N-acetilglucosammina dà inizio a un ramo complesso.

L’ordine di aggiunta degli zuccheri alle catene glicaniche in crescita è determinato dalle specificità del substrato degli enzimi e dal loro accesso al substrato mentre si muovono attraverso la via secretoria. Così, l’organizzazione di questo macchinario all’interno di una cellula gioca un ruolo importante nel determinare quali glicani sono fatti.

Enzimi nel GolgiEdit

Gli enzimi del Golgi svolgono un ruolo chiave nel determinare la sintesi dei vari tipi di glicani. L’ordine di azione degli enzimi si riflette nella loro posizione nella pila del Golgi:

In archaea e procariotiEdit

Simili vie di biosintesi dei N-glicani sono state trovate in procarioti e archaea. Tuttavia, rispetto agli eucarioti, la struttura finale del glicano negli eubatteri e negli archaea non sembra differire molto dal precursore iniziale fatto nel reticolo endoplasmatico. Negli eucarioti, l’oligosaccaride precursore originale è ampiamente modificato durante il percorso verso la superficie cellulare.