N-linked glycosylation

Szlak biosyntezy N-linked glycoprotein: Synteza N-linked glycan rozpoczyna się w retikulum endoplazmatycznym, kontynuowana jest w Golgiego i kończy się na błonie plazmatycznej, gdzie N-linked glycoproteins są albo wydzielane, albo zostają wbudowane w błonę plazmatyczną.

Biosynteza N-linkowanych glikanów zachodzi poprzez 3 główne etapy:

1. Synteza dolicholowego oligosacharydu prekursorowego
2. Przeniesienie en bloc oligosacharydu prekursorowego do białka
3. Przetwarzanie oligosacharydu

Synteza, przeniesienie en bloc i wstępne przycięcie oligosacharydu prekursorowego zachodzi w retikulum endoplazmatycznym (ER). Późniejsze przetwarzanie i modyfikacja łańcucha oligosacharydowego odbywa się w aparacie Golgiego.

Synteza glikoprotein jest więc przestrzennie oddzielona w różnych przedziałach komórkowych. Dlatego też rodzaj syntetyzowanego N-glikanu zależy od jego dostępności dla różnych enzymów obecnych w tych przedziałach komórkowych.

Jednakże, pomimo różnorodności, wszystkie N-glikany są syntetyzowane poprzez wspólną ścieżkę ze wspólną strukturą glikanu rdzeniowego.Struktura glikanu rdzeniowego składa się zasadniczo z dwóch reszt N-acetyloglukozaminy i trzech reszt mannozy. Ten rdzeń glikanu jest następnie opracowywany i modyfikowany dalej, w wyniku czego powstaje różnorodna gama struktur N-glikanów.

Synteza prekursorowych oligosacharydówEdit

Proces N-liniowej glikozylacji rozpoczyna się od utworzenia cukru GlcNAc związanego z dolicholem. Dolichol jest cząsteczką lipidową składającą się z powtarzających się jednostek izoprenowych. Cząsteczka ta znajduje się przyczepiona do błony ER. Cząsteczki cukru są przyłączane do dolicholu poprzez wiązanie pirofosforanowe (jeden fosforan był pierwotnie związany z dolicholem, a drugi fosforan pochodził z cukru nukleotydowego). Łańcuch oligosacharydowy jest następnie przedłużany przez dodanie różnych cząsteczek cukru w sposób stopniowy, aby utworzyć prekursor oligosacharydu.

Złożenie tego prekursora oligosacharydu występuje w dwóch fazach: Faza I i Faza II. Faza I odbywa się po cytoplazmatycznej stronie ER, a faza II – po luminalnej stronie ER.

Cząsteczka prekursora, gotowa do przeniesienia na białko, składa się z 2 cząsteczek GlcNAc, 9 mannozy i 3 glukozy.

Synteza krok po kroku prekursorowego oligosacharydu w świetle ER podczas glikozylacji N-linkowej: schemat ilustruje etapy zachodzące zarówno w fazie I, jak i w fazie II, opisane w tabeli.

Przeniesienie glikanu na białkoEdit

Po utworzeniu prekursorowego oligosacharydu, ukończony glikan jest następnie przenoszony na powstający polipeptyd w lumenie błony ER. Reakcja ta jest napędzana przez energię uwolnioną z rozszczepienia wiązania pirofosforanowego między cząsteczką dolichol-glikanu.Istnieją trzy warunki, które należy spełnić, zanim glikan zostanie przeniesiony do powstającego polipeptydu:

• Asparagina musi znajdować się w określonej sekwencji konsensusu w strukturze pierwotnej (Asn-X-Ser lub Asn-X-Thr lub w rzadkich przypadkach Asn-X-Cys).
• Asparagina musi być odpowiednio zlokalizowana w trójwymiarowej strukturze białka (Cukry są cząsteczkami polarnymi i dlatego muszą być przyłączone do asparaginy znajdującej się na powierzchni białka, a nie zakopanej w białku)
• Asparagina musi znajdować się w luminalnej stronie retikulum endoplazmatycznego, aby glikozylacja N-linkowa została zainicjowana. Reszty docelowe znajdują się albo w białkach wydzielniczych, albo w regionach białek transmembranowych skierowanych w stronę lumenu.

Oligosacharylotransferaza jest enzymem odpowiedzialnym za rozpoznanie sekwencji konsensusowej i przeniesienie prekursorowego glikanu do polipeptydowego akceptora, który ulega translacji w świetle retikulum endoplazmatycznego. N-linked glycosylation is therefore, is a co-translational event

Processing of glycanEdit

Glycan processing in the ER and Golgi.

N-glycan processing is carried out in endoplasmic reticulum and the Golgi body. Wstępne przycinanie cząsteczki prekursora zachodzi w ER, a dalsze przetwarzanie odbywa się w Golgiego.

Po przeniesieniu ukończonego glikanu na powstający polipeptyd, dwie reszty glukozowe są usuwane ze struktury. Enzymy znane jako glikozydazy usuwają niektóre reszty cukrowe. Enzymy te mogą rozerwać wiązania glikozydowe za pomocą cząsteczki wody. Enzymy te są egzoglikozydazami, ponieważ działają tylko na reszty monosacharydowe znajdujące się na nieredukującym końcu glikanu. Uważa się, że ten początkowy etap przycinania działa jako etap kontroli jakości w ER w celu monitorowania składania białka.

Gdy białko jest prawidłowo złożone, dwie reszty glukozy są usuwane przez glukozydazę I i II. Usunięcie ostatniej, trzeciej reszty glukozy sygnalizuje, że glikoproteina jest gotowa do przejścia z ER do cis-Golgi. Mannozydaza ER katalizuje usunięcie tej ostatniej reszty glukozy. Jeśli jednak białko nie jest prawidłowo złożone, reszty glukozy nie są usuwane i dlatego glikoproteina nie może opuścić retikulum endoplazmatycznego. Białko chaperonowe (kalnexin/kalretikulina) wiąże się z rozwiniętym lub częściowo złożonym białkiem, aby wspomóc składanie białka.

Kolejny etap obejmuje dalsze dodawanie i usuwanie reszt cukrowych w cis-Golgi. Modyfikacje te są katalizowane odpowiednio przez glikozylotransferazy i glikozydazy. W cis-Golgim seria mannozydaz usuwa niektóre lub wszystkie z czterech reszt mannozy w wiązaniach α-1,2. Natomiast w przyśrodkowej części Golgiego, glikozylotransferazy dodają reszty cukrowe do struktury rdzenia glikanu, dając początek trzem głównym typom glikanów: glikanom o wysokiej zawartości mannozy, hybrydowym i złożonym.

Trzy główne typy glikanów.

• Wysoka mannoza to, w istocie, tylko dwie N-acetyloglukozaminy z wieloma resztami mannozy, często prawie tyle, ile widać w prekursorowych oligosacharydach, zanim zostanie dołączona do białka.
• Złożone oligosacharydy są tak nazwane, ponieważ mogą zawierać prawie każdą liczbę innych typów sacharydów, w tym więcej niż pierwotne dwie N-acetyloglukozaminy.
• Hybrydowe oligosacharydy zawierają reszty mannozy po jednej stronie gałęzi, podczas gdy po drugiej stronie N-acetyloglukozamina inicjuje złożoną gałąź.

Kolejność dodawania cukrów do rosnących łańcuchów glikanów jest określona przez specyficzność substratową enzymów i ich dostęp do substratu w miarę przemieszczania się przez szlak wydzielniczy. Tak więc organizacja tej maszynerii w komórce odgrywa ważną rolę w określaniu, które glikany są wytwarzane.

Enzymy w GolgimEdit

Egzymy Golgiego odgrywają kluczową rolę w określaniu syntezy różnych typów glikanów. Kolejność działania enzymów jest odzwierciedlona w ich pozycji w stosie Golgiego:

U archaea i prokariotówEdit

Podobny szlak biosyntezy N-glikanów znaleziono u prokariotów i archaea. Jednakże, w porównaniu z eukariotami, ostateczna struktura glikanu u eubakterii i archaea nie wydaje się znacznie różnić od początkowego prekursora wytworzonego w retikulum endoplazmatycznym. U eukariotów pierwotny prekursor oligosacharydów jest intensywnie modyfikowany w drodze na powierzchnię komórki.

.