Википедија

Ugljeno hidratna sulfotransferaza

U biohemiji, ugljeno hidratna sulfotransferaza su enzimi unutar klase sulfotransferaza koji katalizuju prenos sulfatne (−SO−
3) funkcionalne grupe na ugljene hidrate u glikoproteinima i glikolipidima. Ugljeni hidrati se koriste u ćelijama za širok spektar funkcija, od strukturnih do vanćelijske komunikacije. Ugljeni hidrati su pogodni za tako raznovrsne funkcije zbog raznolikosti u strukturi generisane iz sastava monosaharida, pozicija glikozidnih veza, bočnog lanca i kovalentne veze.[2] Moguće kovalentne veze uključuju acetilaciju, metilaciju, fosforilaciju i sulfaciju.[3] Sulfacija, koju vrše sulfotransferaze ugljenih hidrata, rezultira stvaranje estre ugljenih sulfatnih estera (−O−SO−
3). Ovi sulfatni esteri se nalaze samo ekstracelularno, bilo kroz izlučivanje u vanćelijski matriks (ECM) ili prezentacijom na površini ćelije. Kao ekstracelularna jedinjenja, sulfatirani ugljeni hidrati su posrednici intercelularne komunikacije, adhezije ćelija i održavanja ECM-a.[4]

Carbohydrate Sulfotransferase family 2
Primer ugljeno hidratna sulfotransferaza sa PAPS ko-sušstratom i karbohidratnim supstratom: Kristalna struktura ljudske 3-O-sulfotransferaze-3 sa vezanim PAPS-om i tetrasaharidnim supstratom. Lanac enzima A (plavo), Lanac enzima B (zeleno), PAPS (crveno), tetrasaharidni supstrat (belo), natrijumov jon (ljubičasta sfera).[1]
Identifikatori
SimbolSulfotransfer_2
PfamPF03567
InterProIPR005331
Membranome495
Carbohydrate Sulfotransferase family 1
Identifikatori
SimbolSulfotransfer_1
InterProIPR016469
Membranome493

Mehanizam enzima уреди

Sulfotransferaze su enzimi koji katalizuju proces sulfonacije, gde se sulfonil grupa prenosi sa aktiviranog donatora sulfata na hidroksilnu grupu molekula akceptora.[5] Iako je manje uobičajeno, ovaj proces može uključiti i amino grupe. U kontekstu eukariotskih ćelija, aktivirani donator sulfata je obično 3'-Fosfoadenozin-5'-fosfosulfat (PAPS).(Slika 1).[5]

 
Slika 1: Opšta reakcija na sulfotransferazu ugljenih hidrata. PAPS je prikazan kao aktivirani donator sulfata; PAPS je donator sulfata u eukariotskim ćelijama.

PAPS se sintetiše u citosolu iz ATP-a i sulfata kroz sekvencijalno dejstvo ATP sulfurilaze i APS kinaze.[6] ATP sulfurilaza prvo generiše adenozin-5'-fosfosulfat (APS), a zatim APS kinaza prenosi fosfat sa ATP na APS da bi stvorila PAPS. Značaj PAPS-a i sulfatacije je uočen u prethodnim studijama korišćenjem hlorata , analoga sulfata, kao kompetitivnog inhibitora ATP sulfurilaze.[7] PAPS je kosupstrat i izvor aktiviranog sulfata i za citosolne sulfotransferaze i za ugljene hidratne sulfotransferaze, koje se nalaze u Goldžijevom aparatu. PAPS se kreće između citosola i Goldžijevog lumena preko PAPS/PAP (3'-fosfoadenozin-5'-fosfat) translokaze, transmembranskog antiportera.[8]

Precizan mehanizam koji sulfotransferaze koriste još uvek se razjašnjava, ali studije su pokazale da sulfotransferaze koriste in-line mehanizam transfera sulfonila koji je analogan mehanizmu transfera fosforila koji koriste mnoge kinaze, što je logično s obzirom na visok nivo strukturne i funkcionalne sličnosti između kinaza i sulfotransferaza (Slika 2).[9] U ugljikohidratnim sulfotransferazama identifikovan je konzervirani lizin na aktivnom mestu vezivanja PAPS, što je analogno konzerviranom lizinu na aktivnom mestu vezivanja ATP kinaza. Studije poravnanja sekvenci proteina pokazuju da je ovaj lizin sačuvan i u citosolnim sulfotransferazama.[10][11] Protein sequence alignment studies indicate that this lysine is conserved in cytosolic sulfotransferases as well.[4]

Pored konzerviranog lizina, sulfotransferaze imaju visoko konzerviran histidin na aktivnom mestu.[12] Na osnovu očuvanja ovih ostataka, teorijskih modela i eksperimentalnih merenja, predloženo je teorijsko prelazno stanje za katalizovanu sulfatizaciju (Slika 3).[12]

 
Slika 2:Postupak kojim karbohidratna sulfotransferaza katalizuje prenos sulfonil grupe na karbohidratnu grupu prisutnu u glikoproteinu ili glikolipidu može se uporediti sa mehanizmom kojim kinaza katalizuje prenos fosfatne grupe. Oba ova enzima koriste lizin ostatak na svojim aktivnim mestima za interakciju sa molekulima koji učestvuju u reakciji; ATP, koji učestvuje u reakciji kinaze, ima sličnu ulogu kao PAPS u reakciji karbohidratne sulfotransferaze (označeno zelenom bojom). Grupa koja se prenosi je prikazana crvenom bojom; važno je napomenuti da je prenos koordinisan oko lizina. Supstrat je prikazan crnom bojom. Skraćenica Sia se odnosi na sijaličnu kiselinu.[6][9]
 
Slika 3: Čepmen i saradnici su 2004. godine[12] predložili model prelaznog stanja za katalizovanu sulfatizaciju. Obratite pažnju na upotrebu konzerviranih ostataka lizina i histidina

Biološka funkcija уреди

Ugljeno hidratna sulfotransferaza su transmembranski enzimi u Goldžiju, zaduženi za modifikaciju karbohidratnih struktura na glikolipidima i glikoproteinima tokom njihovog transporta kroz sekretorni put.[4] Ovi enzimi se karakterišu kratkim citoplazmatskim N-terminalom, jednim transmembranskim domenom i obimnim C-terminalnim luminalnim domenom Goldžijevog aparata.[6] Oni se značajno razlikuju od citosolnih sulfotransferaza, kako po svojoj strukturi, tako i po funkciji. Dok citosolne sulfotransferaze učestvuju u metaboličkim procesima modifikujući supstrate malih molekula kao što su steroidi, flavonoidi, neurotransmiteri i fenoli, ugljeno hidratna sulfotransferaza igra ključnu ulogu u ekstracelularnoj signalizaciji i adheziji, generišući unikatne ligande kroz modifikaciju karbohidratnih struktura.[4][13] Budući da su supstrati ugljeno hidratne sulfotransferaze veći, oni poseduju veća aktivna mesta u odnosu na citosolne sulfotransferaze.

Postoje dve glavne porodice ugljeno hidratnih sulfotransferaza: heparan sulfotransferaze i galaktoza/N-acetilgalaktozamin/N-acetilglukozamin 6- O- sulfotransferaze (GST).[14][15]

Heparan sulfotransferaze уреди

Heparan sulfat je glikozaminoglikan (GAG) koji je ksilozom povezan sa serinskim ostacima proteina kao što su perlekan , sindekan ili glipikan.[16] Sulfacija heparan sulfata GAG-a pomaže da se pruži raznolikost proteinima na ćelijskoj površini i obezbeđuje im jedinstveni obrazac sulfatiranja koji im omogućava specifičnu interakciju sa drugim proteinima.[12] Na primer, u mastocitima pentasaharid koji se vezuje za AT-III se sintetiše uz esencijalne korake sulfatizacije heparan sulfata. Vezivanje heparan sulfata u ovom pentasaharidu za AT-III inaktivira faktore koagulacije krvi trombin i faktor Xa.[17] Takođe je poznato da heparan sulfati stupaju u interakciju sa faktorom rasta, citokinima, hemokinima, proteinima koji vezuju lipide i membranu i molekulima adhezije.

GST уреди

Glutation S-transferaze (GST) katalizuju sulfaciju na 6-hidroksilnoj poziciji galaktoze, N-acetilgalaktozamina ili N-acetilglukozamina.[15] Ovi enzimi su esencijalni za posttranslacionu modifikaciju glikoproteina, učestvujući u sulfaciji koja omogućava ćelijsku komunikaciju i signalizaciju. Dodatno, GST imaju ulogu u sulfaciji proteina vanćelijskog matriksa (ECM), što je značajno za održavanje strukturalnog integriteta i međućelijske interakcije.[4][18] Na primer, GST katalizuju sulfaciju glikoproteina koji izlažu epitope specifične za vezivanje L-selektina, kao što je 6-sulfo sijalil-Luis X, što je važno za regrutaciju leukocita u područja hronične upale.[18] Takođe, GST su odgovorni za pravilnu funkciju ECM u rožnjači, gde njihova disfunkcija može dovesti do zamagljivanja rožnjače.[18]

Povezanost sa bolestima уреди

Ugljeno hidratna sulfotransferaza je predmet intenzivnog istraživanja u kontekstu farmakoloških ciljeva zbog njene fundamentalne uloge u procesima ćelijske signalizacije, adhezije i strukturalne podrške vanćelijskog matriksa (ECM). Specifično, njihova funkcija u koagulaciji krvi, modulaciji hroničnih inflamatornih stanja i očuvanju strukture rožnjače ističe se kao potencijalno terapeutski relevantna. Osim toga, ugljeno hidratna sulfotransferaza se pokazala značajna u kontekstu virusnih infekcija, uključujući interakcije sa virusom herpes simpleksa tip 1 (HSV-1) i virusom humane imunodeficijencije tip 1 (HIV-1).[12] Dokazano je da su domeni heparan sulfata esencijalni za vezivanje HSV-1, što omogućava virusnom prodoru u ćeliju.[19] Dok se, suprotno tome pokazalo da kompleksi heparan sulfata vezuju za HIV-1 i inhibiraju njegov ulazak u ćeliju preko primarnog receptora CD4.[12]

Mutacije u genu karbohidratne sulfotransferaze 6 (CHST6) su direktno povezane sa makularnom distrofijom rožnjače (MCD), stanjem koje se nasleđuje autozomno recesivno. Ovaj gen se nalazi na lokusu 16q22, što je dokumentovano u Online Mendelian Inheritance in man (OMIM) pod unosom OMIM #217800

Ljudski proteini iz ove familije уреди

  • Ugljeno hidratne sulfotransferaze 6 (CHST6) su enzimi koji koriste 3'-fosfo-5'-adenil-sulfat (PAPS) kao donor sulfata za katalizaciju prenosa sulfata na poziciju 6 ne-redukovanog N-acetilglukozamina (GlcNAc) u keratan lancima. Ovi enzimi su ključni za proces sulfacije keratana u rožnici, što je esencijalno za očuvanje njene prozirnosti.
  • Ugljeno hidratne sulfotransferaze 8 (CHST8) i 9 (CHST9) su odgovorne za prenos sulfata na poziciju 4 ne-redukovanog N-acetilgalaktozamina (GalNAc) u N-glikanima i O-glikanima.[20] Oni igraju važnu ulogu u biosintezi glikoproteinskih hormona lutropina i tirotropina, omogućavajući sulfaciju njihovih ugljenohidratnih struktura.
  • Ugljeno hidratna sulfotransferaza 10 (CHST10) prenosi sulfat na poziciju 3 terminalne glukuronske kiseline u oligosaharidima koji su vezani za proteine i lipide..[21] Ovaj enzim usmerava biosintezu HNK-1 ugljenohidratne strukture, sulfatnog ostatka glukuronil-laktozaminila koji se nalazi na mnogim molekulima neuralnog prepoznavanja, uključenih u ćelijske interakcije tokom ontogenetskog razvoja i sinaptičke plastičnosti kod odraslih.
  • Ugljeno hidratne sulfotransferaze 11-13 (CHST11, CHST12, CHST13) katalizuju prenos sulfata na poziciju 4 GalNAc ostatka u hondroitinu.[22] Hondroitin sulfat je dominantni proteoglikan prisutan u hrskavici i široko distribuiran na površinama mnogih ćelija i ekstracelularnih matrica. Smatra se da neki, ali ne svi, od ovih enzima takođe prenose sulfat na dermatan.
  • Ugljeno hidratna sulfotransferaza D4ST1 (D4ST1) je specijalizovana za prenos sulfata na poziciju 4 GalNAc ostatka u dermatan sulfatu.[23]

Reference уреди

  1. ^ Moon, AF.; Edavettal, SC.; Krahn, JM.; Munoz, EM.; Negishi, M.; Linhardt, RJ.; Liu, J.; Pedersen, LC. (октобар 2004). „Structural analysis of the sulfotransferase (3-o-sulfotransferase isoform 3) involved in the biosynthesis of an entry receptor for herpes simplex virus 1”. J Biol Chem. 279 (43): 45185—93. PMC 4114238  . PMID 15304505. doi:10.1074/jbc.M405013200  . 
  2. ^ Nelson, R M; Venot, A; Bevilacqua, M P; Linhardt, R J; Stamenkovic, I (1995). „Carbohydrate-Protein Interactions in Vascular Biology”. Annual Review of Cell and Developmental Biology. 11 (1): 601—631. ISSN 1081-0706. PMID 8689570. doi:10.1146/annurev.cb.11.110195.003125. 
  3. ^ Hooper, L.V.; Baenziger, J.U. (1993). „Sulfotransferase and Glycosyltransferase Analyses Using a 96-Well Filtration Plate”. Analytical Biochemistry. 212 (1): 128—133. ISSN 0003-2697. PMID 8368484. doi:10.1006/abio.1993.1301. 
  4. ^ а б в г д Bowman, K; Bertozzi, C (1999). „Carbohydrate sulfotransferases: mediators of extracellular communication”. Chemistry & Biology. 6 (1): R9—R22. ISSN 1074-5521. PMID 9889154. doi:10.1016/S1074-5521(99)80014-3  . 
  5. ^ а б Klaassen, CD.; Boles, JW. (мај 1997). „Sulfation and sulfotransferases 5: the importance of 3'-phosphoadenosine 5'-phosphosulfate (PAPS) in the regulation of sulfation”. FASEB J. 11 (6): 404—18. PMID 9194521. S2CID 2714626. doi:10.1096/fasebj.11.6.9194521  . 
  6. ^ а б в Hemmerich, Stefan (2001). „Carbohydrate sulfotransferases: novel therapeutic targets for inflammation, viral infection and cancer”. Drug Discovery Today. 6 (1): 27—35. ISSN 1359-6446. PMID 11165170. doi:10.1016/S1359-6446(00)01581-6. 
  7. ^ Baeuerle, PA.; Huttner, WB. (децембар 1986). „Chlorate--a potent inhibitor of protein sulfation in intact cells”. Biochem Biophys Res Commun. 141 (2): 870—7. PMID 3026396. doi:10.1016/s0006-291x(86)80253-4. 
  8. ^ Ozeran, JD.; Westley, J.; Schwartz, NB. (март 1996). „Identification and partial purification of PAPS translocase”. Biochemistry. 35 (12): 3695—703. PMID 8619989. doi:10.1021/bi951303m. 
  9. ^ а б Kakuta, Y.; Petrotchenko, EV.; Pedersen, LC.; Negishi, M. (октобар 1998). „The sulfuryl transfer mechanism. Crystal structure of a vanadate complex of estrogen sulfotransferase and mutational analysis”. J Biol Chem. 273 (42): 27325—30. PMID 9765259. doi:10.1074/jbc.273.42.27325  . 
  10. ^ Kamio, K.; Honke, K.; Makita, A. (децембар 1995). „Pyridoxal 5'-phosphate binds to a lysine residue in the adenosine 3'-phosphate 5'-phosphosulfate recognition site of glycolipid sulfotransferase from human renal cancer cells”. Glycoconj J. 12 (6): 762—6. PMID 8748152. S2CID 23756686. doi:10.1007/bf00731236. 
  11. ^ Sueyoshi, Tatsuya; Kakuta, Yoshimitsu; Pedersen, Lars C.; Wall, Frances E.; Pedersen, Lee G.; Negishi, Masahiko (1998). „A role of Lys614 in the sulfotransferase activity of human heparan sulfate N-deacetylase/N-sulfotransferase”. FEBS Letters. 433 (3): 211—214. ISSN 0014-5793. PMID 9744796. S2CID 9055616. doi:10.1016/S0014-5793(98)00913-2  . 
  12. ^ а б в г д ђ Chapman, Eli; Best, Michael D.; Hanson, Sarah R.; Wong, Chi-Huey (2004). „Sulfotransferases: Structure, Mechanism, Biological Activity, Inhibition, and Synthetic Utility”. Angewandte Chemie International Edition. 43 (27): 3526—3548. ISSN 1433-7851. PMID 15293241. doi:10.1002/anie.200300631. 
  13. ^ Falany, CN. (март 1997). „Enzymology of human cytosolic sulfotransferases”. FASEB J. 11 (4): 206—16. PMID 9068609. S2CID 8983883. doi:10.1096/fasebj.11.4.9068609  . 
  14. ^ Shworak, NW.; Liu, J.; Petros, LM.; Zhang, L.; Kobayashi, M.; Copeland, NG.; Jenkins, NA.; Rosenberg, RD. (фебруар 1999). „Multiple isoforms of heparan sulfate D-glucosaminyl 3-O-sulfotransferase. Isolation, characterization, and expression of human cdnas and identification of distinct genomic loci”. J Biol Chem. 274 (8): 5170—84. PMID 9988767. doi:10.1074/jbc.274.8.5170  . 
  15. ^ а б Hemmerich, S.; Rosen, SD. (септембар 2000). „Carbohydrate sulfotransferases in lymphocyte homing”. Glycobiology. 10 (9): 849—56. PMID 10988246. doi:10.1093/glycob/10.9.849  . 
  16. ^ Rosenberg, RD.; Shworak, NW.; Liu, J.; Schwartz, JJ.; Zhang, L. (мај 1997). „Heparan sulfate proteoglycans of the cardiovascular system. Specific structures emerge but how is synthesis regulated?”. J Clin Invest. 99 (9): 2062—70. PMC 508034  . PMID 9151776. doi:10.1172/JCI119377. 
  17. ^ Liu, J.; Shworak, NW.; Fritze, LM.; Edelberg, JM.; Rosenberg, RD. (октобар 1996). „Purification of heparan sulfate D-glucosaminyl 3-O-sulfotransferase”. J Biol Chem. 271 (43): 27072—82. PMID 8900198. doi:10.1074/jbc.271.43.27072  . 
  18. ^ а б в Grunwell, Jocelyn R.; Rath, Virginia L.; Rasmussen, Jytte; Cabrilo, Zeljka; Bertozzi, Carolyn R. (2002). „Characterization and Mutagenesis of Gal/GlcNAc-6-O-sulfotransferases†”. Biochemistry. 41 (52): 15590—15600. ISSN 0006-2960. PMID 12501187. doi:10.1021/bi0269557. 
  19. ^ Shukla, D.; Liu, J.; Blaiklock, P.; Shworak, NW.; Bai, X.; Esko, JD.; Cohen, GH.; Eisenberg, RJ.; et al. (октобар 1999). „A novel role for 3-O-sulfated heparan sulfate in herpes simplex virus 1 entry”. Cell. 99 (1): 13—22. PMID 10520990. S2CID 14139940. doi:10.1016/S0092-8674(00)80058-6  . 
  20. ^ Fukuda M, Hiraoka N, Hindsgaul O, Misra A, Belot F (2001). „R in both N- and O-glycans”. Glycobiology. 11 (6): 495—504. PMID 11445554. doi:10.1093/glycob/11.6.495  . 
  21. ^ Ong E, Fukuda M, Yeh JC, Ding Y, Hindsgaul O (1998). „Expression cloning of a human sulfotransferase that directs the synthesis of the HNK-1 glycan on the neural cell adhesion molecule and glycolipids”. J. Biol. Chem. 273 (9): 5190—5. PMID 9478973. doi:10.1074/jbc.273.9.5190  . 
  22. ^ Ong E, Fukuda M, Fukuda MN, Nakagawa H, Hiraoka N, Akama TO (2000). „Molecular cloning and expression of two distinct human chondroitin 4-O-sulfotransferases that belong to the HNK-1 sulfotransferase gene family”. J. Biol. Chem. 275 (26): 20188—96. PMID 10781601. doi:10.1074/jbc.M002443200  . 
  23. ^ Baenziger JU, Xia G, Evers MR, Kang HG, Schachner M (2001). „Molecular cloning and characterization of a dermatan-specific N-acetylgalactosamine 4-O-sulfotransferase”. J. Biol. Chem. 276 (39): 36344—53. PMID 11470797. doi:10.1074/jbc.M105848200  . 


Spoljašnje veze уреди

Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Ugljeno_hidratna_sulfotransferaza&oldid=27841875”