Glicosilação - Glycosylation

Glicosilação (ver também glicosilação química ) é a reação na qual um carboidrato (ou ' glicano '), ou seja, um doador de glicosil , é ligado a um hidroxil ou outro grupo funcional de outra molécula (um aceitador de glicosil ) para formar um glicoconjugado . Em biologia (mas nem sempre em química), a glicosilação geralmente se refere a uma reação catalisada por enzima, enquanto a glicação (também 'glicação não enzimática' e 'glicosilação não enzimática') pode se referir a uma reação não enzimática (embora na prática , 'glicação' geralmente se refere mais especificamente a reações do tipo Maillard ). A glicosilação é uma forma de modificação co-tradução e pós-tradução . Os glicanos desempenham uma variedade de papéis estruturais e funcionais na membrana e nas proteínas secretadas. A maioria das proteínas sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso sofre glicosilação. A glicosilação também está presente no citoplasma e no núcleo como a modificação O- GlcNAc . A aglicosilação é uma característica dos anticorpos projetados para contornar a glicosilação. Cinco classes de glicanos são produzidos:

Propósito

A glicosilação é o processo pelo qual um carboidrato é covalentemente ligado a uma macromolécula alvo , normalmente proteínas e lipídios . Esta modificação tem várias funções. Por exemplo, algumas proteínas não se dobram corretamente, a menos que sejam glicosiladas. Em outros casos, as proteínas não são estáveis ​​a menos que contenham oligossacarídeos ligados ao nitrogênio da amida de certos resíduos de asparagina . A influência da glicosilação no dobramento e estabilidade da glicoproteína é dupla. Em primeiro lugar, os glicanos altamente solúveis podem ter um efeito direto de estabilização físico-química. Em segundo lugar, os glicanos N- ligados medeiam um ponto crítico de verificação de controle de qualidade no dobramento de glicoproteínas no retículo endoplasmático. A glicosilação também desempenha um papel na adesão célula a célula (um mecanismo empregado pelas células do sistema imunológico ) por meio de proteínas de ligação de açúcar chamadas lectinas , que reconhecem porções específicas de carboidratos. A glicosilação é um parâmetro importante na otimização de muitos medicamentos baseados em glicoproteínas, como os anticorpos monoclonais . A glicosilação também sustenta o sistema de grupo sanguíneo ABO . É a presença ou ausência de glicosiltransferases que dita quais antígenos de grupo sanguíneo são apresentados e, portanto, quais especificidades de anticorpos são exibidas. Esse papel imunológico pode muito bem ter impulsionado a diversificação da heterogeneidade do glicano e cria uma barreira para a transmissão zoonótica de vírus. Além disso, a glicosilação é frequentemente usada por vírus para proteger a proteína viral subjacente do reconhecimento imunológico. Um exemplo significativo é o escudo de glicano denso do pico do envelope do vírus da imunodeficiência humana .

No geral, a glicosilação precisa ser entendida pelas prováveis ​​pressões de seleção evolutiva que a moldaram. Em um modelo, a diversificação pode ser considerada puramente como resultado da funcionalidade endógena (como o tráfego de células ). No entanto, é mais provável que a diversificação seja impulsionada pela evasão do mecanismo de infecção do patógeno (por exemplo, ligação do Helicobacter a resíduos de sacarídeos terminais) e que a diversidade dentro do organismo multicelular seja então explorada endogenamente.

A glicosilação também pode modular a estabilidade termodinâmica e cinética das proteínas.

Diversidade glicoproteica

A glicosilação aumenta a diversidade no proteoma , porque quase todos os aspectos da glicosilação podem ser modificados, incluindo:

Mecanismos

Existem vários mecanismos de glicosilação, embora a maioria compartilhe várias características comuns:

Tipos

Glicosilação ligada a N

A glicosilação ligada a N é uma forma muito prevalente de glicosilação e é importante para o dobramento de muitas glicoproteínas eucarióticas e para a fixação célula-célula e célula- matriz extracelular . O processo de glicosilação ligada a N ocorre em eucariotos no lúmen do retículo endoplasmático e amplamente em arquéias , mas muito raramente em bactérias . Além de sua função no enovelamento de proteínas e fixação celular, os glicanos ligados a N de uma proteína podem modular a função de uma proteína, em alguns casos atuando como um interruptor liga / desliga.

Glicosilação ligada a O

A glicosilação ligada a O é uma forma de glicosilação que ocorre em eucariotos no aparelho de Golgi , mas também ocorre em arquéias e bactérias .

Glicosilação de Fosfoserina

Xilose , fucose , manose e GlcNAc fosfoserina glicanos foram relatados na literatura. Fucose e GlcNAc foram encontrados apenas em Dictyostelium discoideum , manose em Leishmania mexicana e xilose em Trypanosoma cruzi . A manose foi recentemente relatada em um vertebrado, o camundongo, Mus musculus , no receptor de laminina da superfície celular alfa distroglicano 4 . Foi sugerido que esta descoberta rara pode estar ligada ao fato de que o alfa distroglicano é altamente conservado de vertebrados inferiores a mamíferos.

C- manosilação

A molécula de manose está ligada ao C2 do primeiro triptofano da sequência

Um açúcar manose é adicionado ao primeiro resíduo de triptofano na sequência W – X – X – W (W indica triptofano; X é qualquer aminoácido). Uma ligação CC é formada entre o primeiro carbono da alfa-manose e o segundo carbono do triptofano. No entanto, nem todas as sequências que apresentam esse padrão são manosiladas. Foi estabelecido que, de fato, apenas dois terços o são e que há uma clara preferência de que o segundo aminoácido seja um dos polares (Ser, Ala , Gly e Thr) para que ocorra a manosilação. Recentemente, houve um avanço na técnica de prever se a sequência terá ou não um local de manosilação que fornece uma precisão de 93% em oposição à precisão de 67% se considerarmos apenas o motivo WXXW.

As trombospondinas são uma das proteínas mais comumente modificadas dessa forma. No entanto, há um outro grupo de proteínas que são submetidos a C -mannosylation, tipo I receptores de citocinas . A C- manosilação é incomum porque o açúcar está ligado a um carbono ao invés de um átomo reativo, como nitrogênio ou oxigênio . Em 2011, foi determinada a primeira estrutura cristalina de uma proteína contendo esse tipo de glicosilação - a do componente 8 do complemento humano. Atualmente está estabelecido que 18% das proteínas humanas , secretadas e transmembrana, passam pelo processo de C-manosilação. Numerosos estudos têm demonstrado que este processo desempenha um papel importante na secreção de proteínas contendo trombospondina tipo 1 que são retidas no retículo endoplasmático se não sofrerem manosilação C. Isso explica porque um tipo de receptores de citocinas , o receptor de eritropoietina, permaneceu no endoplasmático retículo se faltava locais de C-manosilação.

Formação de âncoras GPI (glipiação)

A glipiação é uma forma especial de glicosilação que apresenta a formação de uma âncora GPI . Neste tipo de glicosilação, uma proteína é ligada a uma âncora lipídica, por meio de uma cadeia de glicano. (Veja também prenilação .)

Glicosilação química

A glicosilação também pode ser realizada usando as ferramentas da química orgânica sintética . Ao contrário dos processos bioquímicos, a glicoquímica sintética depende fortemente de grupos de proteção (por exemplo, o 4,6- O- benzilideno) para atingir a regiosseletividade desejada. O outro desafio da glicosilação química é a estereosseletividade de que cada ligação glicosídica tem dois resultados estereofônicos, α / β ou cis / trans . Geralmente, o α- ou cis- glicosídeo é mais desafiador para a síntese. Novos métodos têm sido desenvolvidos com base na participação de solventes ou na formação de íons sulfônio bicíclicos como grupos quirais auxiliares.

Glicosilação não enzimática

A glicosilação não enzimática também é conhecida como glicação ou glicação não enzimática. É uma reação espontânea e um tipo de modificação pós-tradução de proteínas que altera sua estrutura e atividade biológica. É a ligação covalente entre o grupo carbonil de um açúcar redutor (principalmente glicose e frutose) e a cadeia lateral de aminoácidos da proteína. Neste processo, a intervenção de uma enzima não é necessária. Ocorre próximo aos canais de água e túbulos salientes.

No início, a reação forma moléculas temporárias que depois sofrem reações diferentes ( rearranjos de Amadori , reações de base de Schiff, reações de Maillard , ligações cruzadas ...) e formam resíduos permanentes conhecidos como produtos finais de glicação avançada (AGEs).

Os AGEs se acumulam em proteínas extracelulares de vida longa, como o colágeno, que é a proteína mais glicada e estruturalmente abundante, especialmente em humanos. Além disso, alguns estudos mostraram que a lisina pode desencadear a glicosilação não enzimática espontânea.

Papel dos AGEs

AGEs são responsáveis ​​por muitas coisas. Essas moléculas desempenham um papel importante principalmente na nutrição, são responsáveis ​​pela cor acastanhada e pelos aromas e sabores de alguns alimentos. É demonstrado que cozinhar em alta temperatura resulta em vários produtos alimentícios com altos níveis de AGEs.

Ter níveis elevados de AGEs no corpo tem um impacto direto no desenvolvimento de muitas doenças. Tem uma implicação direta no diabetes mellitus tipo 2 que pode levar a muitas complicações como: catarata , insuficiência renal , dano cardíaco ... E, se estiverem presentes em um nível diminuído, a elasticidade da pele é reduzida, o que é um sintoma importante de envelhecimento.

Eles também são os precursores de muitos hormônios e regulam e modificam seus mecanismos de receptor no nível do DNA .

Desglicosilação

Existem diferentes enzimas para remover os glicanos das proteínas ou remover alguma parte da cadeia de açúcar .

Regulação da sinalização Notch

A sinalização Notch é uma via de sinalização celular cujo papel é, entre muitos outros, controlar o processo de diferenciação celular em células precursoras equivalentes . Isso significa que é crucial no desenvolvimento embrionário, a ponto de ter sido testado em camundongos que a remoção de glicanos nas proteínas Notch pode resultar em morte embrionária ou malformações de órgãos vitais como o coração.

Alguns dos moduladores específicos que controlam esse processo são as glicosiltransferases localizadas no retículo endoplasmático e no aparelho de Golgi . As proteas Notch passar por estes organelos no seu processo de maturação e pode ser objecto de diferentes tipos de glicosilação: glicosilação N-ligada e de glicosilação O-ligados (mais especificamente: O-ligada glicose e fucose O-ligados).

Todas as proteínas Notch são modificadas por uma O-fucose, porque compartilham uma característica comum: sequências de consenso de O-fucosilação . Um dos moduladores que intervém nesse processo é o Fringe, uma glicosiltransferase que modifica a O-fucose para ativar ou desativar partes da sinalização, atuando como regulador positivo ou negativo, respectivamente.

Clínico

Existem três tipos de distúrbios da glicosilação classificados pelo tipo de alterações que são feitas no processo de glicosilação: alterações congênitas, alterações adquiridas e alterações adquiridas não enzimáticas.

  • Alterações congênitas: Mais de 40 distúrbios congênitos de glicosilação (CGDs) foram relatados em humanos. Estes podem ser divididos em quatro grupos: distúrbios de N- glicosilação da proteína , distúrbios de glicosilação da proteína O , distúrbios de glicosilação de lipídeos e distúrbios de outras vias de glicosilação e de múltiplas vias de glicosilação. Nenhum tratamento eficaz é conhecido para qualquer um desses distúrbios. 80% deles afetam o sistema nervoso.
  • Alterações adquiridas: Neste segundo grupo as principais doenças são doenças infecciosas, doenças autoimunes ou câncer . Nestes casos, as alterações na glicosilação são a causa de certos eventos biológicos. Por exemplo, na Artrite Reumatóide (AR) , o corpo do paciente produz anticorpos contra a enzima linfócitos galactosiltransferase que inibe a glicosilação de IgG. Portanto, as alterações na N-glicosilação produzem a imunodeficiência envolvida nesta doença. Nesse segundo grupo também podemos encontrar distúrbios causados ​​por mutações nas enzimas que controlam a glicosilação das proteínas Notch, como a síndrome de Alagille .
  • Alterações adquiridas não enzimáticas: Distúrbios não enzimáticos, também são adquiridos, mas são devido à falta de enzimas que anexam os oligossacarídeos à proteína. Nesse grupo as doenças que se destacam são o mal de Alzheimer e o diabetes .

Todas essas doenças são difíceis de diagnosticar porque não afetam apenas um órgão, mas afetam muitos deles e de maneiras diferentes. Como consequência, eles também são difíceis de tratar. No entanto, graças aos muitos avanços que foram feitos no sequenciamento de última geração , os cientistas agora podem entender melhor esses distúrbios e descobriram novos CDGs.

Efeitos na eficácia terapêutica

Foi relatado que a glicosilação em mamíferos pode melhorar a eficácia terapêutica de bioterapêuticos . Por exemplo, a eficácia terapêutica do interferon gama humano recombinante , expresso na plataforma HEK 293 , foi melhorada contra linhas de células de câncer de ovário resistentes a drogas .

Veja também

Referências

links externos