Heparan-sulfat

heparan-sulfatne podjedinice]].
**Heparan-sulfat** (**HS**) je linearni polisaharid koji se nalazi u svim životinjskim tkivima. Javlja se kao proteoglikan (HSPG, tj. Heparan-sulfat proteoglikan) u kojem su dva ili tri HS lanca vezana u neposrednoj blizini površine ćelije ili vanćelijskog matriksa proteina. U ovom obliku se HS vezuje za različite proteinske ligande, uključujući Wnt, i tumorske metastaze. Također se pokazalo da HS služi kao ćelijski receptor za brojne viruse, uključujući respiratorni sincicijski virus. Jedna studija sugerira da ćelijski heparan-sulfat ima ulogu u infekciji SARS-CoV-2, posebno kada se virus veže s ACE2.
 
## Proteoglikani
Glavni HSPG-ovi ćelijske membrane su transmembranski sindekani i glikozilfosfatidilinozitoli (GPI) usidreni glipikani. i V-3 izoformu CD44 prisutnu na keratinocitima i aktiviranim monocitima.
 
U vanćelijskom matriksu, posebno baznim membranama i fraktonima, multi-domenski perlekan, agrin i kolagena XVIII proteini jedrae su glavni tipovi koje nose HS.
 
## Struktura i razlike od heparina
Heparan-sulfat je član glikozaminoglikanske porodice ugljikohidrata i veoma je blisko povezan po strukturi sa heparinom. Heparin, poznat kao antikoagulans, je visoko sulfatirani oblik HS koji se, za razliku od HS, uglavnom nalazi u sekretornim granulama mastocita. Oba se sastoje od varijabilno sulfatirane ponavljajuće disaharidne jedinice. Glavne disaharidne jedinice koje se javljaju u heparan-sulfatu i heparinu prikazane su u nastavku.
 
Najčešća disaharidna jedinica u heparanasulfatu sastoji se od glukuronske kiseline (GlcA) povezane sa *N*-acetilglukozaminom (GlcNAc), obično čini oko 50% ukupne disaharidne jedinice. Uporedite ovo sa heparinom, gde IdoA(2S)-GlcNS(6S) čini 85% heparina iz goveđih pluća i oko 75% heparina iz svinjske crijevne sluzokože.
Problemi nastaju prilikom definiranja hibridnih GAG-ova koji sadrže i strukture slične 'heparinu' i 'HS-like'. Predloženo je da GAG treba da se kvalifikuje kao heparin samo ako njegov sadržaj N-sulfatnih grupa uveliko premašuje N-acetilne grupe, a koncentracija O-sulfatnih grupa premašuje onu N-sulfatnih.
 
Dolje nisu prikazani rijetki disaharidi koji sadrže 3-O-sulfat glukozamin (GlcNS(3S,6S) ili slobodnu amino grupu (GlcNH3+). U fiziološkim uslovima esterske i amidne sulfatne grupe se deprotoniraju i privlače pozitivno nabijene kontraione da formiraju so. Smatra se da u tom obliku HS postoji na površini ćelije.

GlcA-GlcNAc.png|**GlcA-GlcNAc**
GlcA-GlcNS.png|**GlcA-GlcNS**
IdoA-GlcNS.png|**IdoA-GlcNS**
IdoA(2S)-GlcNS.png|**IdoA(2S)-GlcNS**
IdoA-GlcNS(6S).png|**IdoA-GlcNS(6S)**
IdoA(2S)-GlcNS(6S).png|**IdoA(2S)-GlcNS(6S)**

 
### Skraćenice
***GlcA** = β-D-glukuronska kiselina
***IdoA** = α-L-iduronska kiselina
***IdoA(2S)** = 2-*O*-sulfo-α-L-iduronska kiselina
***GlcNAc** = 2-deoksi-2-acetamido-α-D-glukopiranozil
***GlcNS** = 2-deoksi-2-sulfamido-α-D-glukopiranozil
***GlcNS(6S)** = 2-deoksi-2-sulfamido-α-D-glukopiranozil-6-*O*-sulfat
 
## Biosinteza
Mnogo različitih tipova ćelija proizvodi HS lance sa mnogo različitih primarnih struktura. Stoga postoji velika varijabilnost u načinu na koji se sintetiziraju HS lanci, stvarajući strukturnu raznolikost obuhvaćenu pojmom "heparanom" - koji definira cijeli niz primarnih struktura koje proizvodi određena ćelija, tkivo ili organizam. Međutim, od suštinskog značaja za formiranje HS bez obzira na primarnu sekvencu je niz biosintetskih enzima. Ovi enzimi se sastoje od više glikoziltransferaza, sulfotransferaza i epimeraza. Ti isti enzimi takođe sintetišu heparin.
 
1980-ih, Jeffrey Esko je bio prvi koji je izolirao i karakterizirao mutante životinjskih ćelija izmijenjene u sklopu heparan-sulfata. Mnogi od ovih enzima su sada pročišćeni, molekulski klonirani i obrasci njihove ekspresije su proučavani. Iz ovog i ranog rada na osnovnim fazama biosinteze HS/heparina koristeći sistem bez ćelija mastocitoma miša, mnogo se zna o redoslijedu enzimskih reakcija i specifičnosti.
 
### Iniciranje lanca
ske i treoninske ostatke proteina.]]
Sinteza HS započinje prijenosom ksiloze sa UDP-ksiloze pomoću ksiloziltransferaza (XT) na specifične serinske ostatke unutar proteinskog jezgra. Spajanje dva galaktozna (Gal) ostatka galaktoziltransferazama I i II (GalTI i GalTII) i glukuronske kiseline (GlcA) pomoću glukuronoziltransferaze I (GlcATI) dovršava formiranje *tetrasaharidnog prajmera* *O*-vezanog za serin jezgarnih proteina:
βGlcUA-(1→3)-βGal-(1→3)-βGal-(1→4)-βXyl-*O*-Ser.
 
Smatra se da se vezivanje ksiloze za jezgarni protein javlja u endoplazmatskom retikulumu (ER) sa daljim sastavljanjem regiona veze i ostatka lanca koji se javlja u Golgijevom aparatu.
 
Putevi biosinteze HS/heparina ili hondroitin-sulfat (CS) i dermatan-sulfat (DS) se razlikuju nakon formiranja ove zajedničke strukture tetrasaharidne veze. Sljedeći enzim koji djeluje, GlcNAcT-I ili GalNAcT-I, usmjerava sintezu, bilo na HS/heparin ili CS/DS.
 
### Elongacija lanca
Nakon vezivanja prvog *N*-acetilglukozaminskog (GlcNAc) ostatka, produženje tetrasakridnog linkera nastavlja se postupnim dodavanjem GlcA i GlcNAc ostataka. Oni se prenose sa svojih odgovarajućih UDP-šećernih nukleotida. Ovo se provodi pomoću jednog ili više srodnih enzima čiji su geni članovi porodice egzostoznih gena (EXT) tumorskih supresora.
 
Mutacije na EXT1-3 genskim lokusima kod ljudi dovode do nesposobnosti ćelija da proizvode HS i do razvoja bolesti multiple nasljedne egzostoze (MHE). MHE karakteriziraju tumori prekriveni hrskavicom, poznati kao osteohondromi ili egzostoze, koji se prvenstveno razvijaju na dugim kostima oboljelih osoba od ranog djetinjstva do puberteta.
 
### Modifikacija lanca
[Kako se HS lanac polimerizira, on prolazi kroz niz reakcija modifikacije koje provode četiri klase sulfotransferaza i epimeraza. Dostupnost donora sulfata PAPS je ključna za aktivnost sulfotransferaza.
 
### N-deacetilacija/N-sulfacija
Prva modifikacija polimera je N-deacetilacija/N-sulfatacija GlcNAc ostataka u GlcNS. Ovo je preduslov za sve naknadne modifikacione reakcije, a provodi ga jedan ili više članova porodice od četiri enzima GlcNAc N-deacetilaze/N-sulfotransferaze (NDST). U ranim studijama je pokazano da modificirajući enzimi mogu prepoznati i djelovati na bilo koji N-acetilirani ostatak u polimeru koji se formira. Stoga bi se modifikacija GlcNAc ostataka trebala dogoditi nasumično u cijelom lancu. Međutim, u HS, N-sulfirani ostaci su uglavnom grupirani zajedno i razdvojeni regijama N-acetilacije gdje GlcNAc ostaje nemodificiran.
 
Postoje četiri izoforme NDST (NDST1–4). Aktivnosti N-deacetilaze i N-sulfotransferaze prisutne su u svim NDST-izoformama, ali se značajno razlikuju u svojim enzimskim aktivnostima.
 
### Generiranje GlcNH2
Zbog toga što se N-deacetilaza i N-sulfotransferaza provode istim enzimom, N-sulfatacija je normalno čvrsto povezana sa N-acetilacijom. Ostaci GlcNH2 koji su rezultat očiglednog razdvajanja dvije aktivnosti pronađeni su u heparinu i nekim vrstama HS.
 
### Epimerizacija i 2-O-sulfatacija
Epimerizaciju katalizira jedan enzim, GlcA C5 epimeraza ili heparosan-N-sulfat-glukuronat 5-epimeraza (). Ovaj enzim epimerizuje GlcA u iduronsku kiselinu (IdoA). Prepoznavanje supstrata zahteva da ostatak GlcN vezan za neredukcionu stranu potencijalne GlcA mete bude N-sulfat. Uronozil-2-O-sulfotransferaza (2OST) sulfatira rezultirajuće ostatke IdoA.
 
### 6-O-sulfacija
Identificirane su tri glukozaminil 6-O-transferaze (6OSTs) koje rezultiraju stvaranjem GlcNS(6S), pored sulfatnog ili nesulfatnog IdoA. GlcNAc(6S) se također nalazi u zrelim HS lancima.
 
### 3-O-sulfacija
Do sada je poznato da sedam glukozaminil 3-*O*-sulfotransferaza (3OSTs, HS3STs) postoji kod sisara (osam kod zebrica).  Enzimi 3OST stvaraju brojne moguće 3-*O*-sulfatne disaharide, uključujući GlcA-GlcNS(3S±6S) (modificiran putem  HS3ST1 i HS3ST5), IdoA(2S)-GlcNH2(3S±6S) (modificirano prema HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST5 i HS3ST6) i GlcA/IdoA(2S)-GlcNS( 3S) (izmijenjeno od strane HS3ST2 i HS3ST4). Kao i kod svih drugih HS sulfotransferaza, 3OST koriste 3'-fosfoadenozin-5'-fosfosulfat (PAPS) kao donatora sulfata. Uprkos tome što su najveća porodica enzima za modifikaciju HS, 3OST proizvode najrjeđu HS modifikaciju, 3-*O*-sulfataciju specifičnih ostataka glukozamina u C3-OH ostatku.
 
3OST su podijeljeni u dvije funkcionalne potkategorije, one koje stvaraju antitrombin III mjesto vezanja (HS3ST1 i HS3ST5) i one koje stvaraju herpes simplex virus 1 glikoprotein D ( HSV-1 gD)  mjesto vezanja (HS3ST2, HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST4, HS3ST5 i HS3ST6). Kako su 3OST najveća porodica enzima za modifikaciju HS i njihovo djelovanje ograničava brzinu, specifično za supstrat i proizvodi rijetke modifikacije, pretpostavlja se da 3OST modificirani HS ima važnu regulatornu ulogu u biološkim procesima.

## Vezivanje liganda
Heparan-sulfat se veže sa velikim brojem vanćelijskih proteina. Oni se često zajednički nazivaju "heparin interaktom" ili "heparin-vezujući proteini", jer su izolovani afinitetnom hromatografijom na srodnom polisaharidnom heparinu, iako je termin "heparan sulfat interaktom" ispravniji. Funkcije proteina koji vežu heparan-sulfat kreću se od komponenti vanćelijskog matriksa, do enzima i faktora koagulacije, te većine faktora rasta, citokina, hemokina i morfogena. Laboratorija dr. Mitchella Hoa na NCI-u izolovala je ljudsko monoklonsko antitijelo HS20 s visokim afinitetom za heparan-sulfat, putem displeja faga. Antitijelo vezuje heparan-sulfat, a ne hondroitin sulfat.
 
### Interferon-γ
Vezujući region za receptor na površini ćelije, Interferon-γ preklapa se sa HS vezujućim regionom, blizu C-terminala proteina. Vezivanje HS blokira mjesto vezanja receptora i kao rezultat toga, kompleksi protein-HS su neaktivni.
 
### Wnt 
Glipikan-3 (GPC3) stupa u interakciju sa Wnt i  ukrućenom strukturom, kako bi formirao kompleks i pokreće nizvodnu signalizaciju. Budući da se heparan-sulfat u hroničnim ranama razgrađuje heparanazom, analozi se vezuju samo za mjesta na kojima nema prirodnog heparan-sulfata i ne mogu ga razgraditi nijedne poznate heparanaze i glikanaze. Također, funkcija analoga heparan-sulfata je ista kao i heparan-sulfata, štiteći različite proteinske ligande, kao što su faktori rasta i citokini. Držeći ih na mjestu, za proliferaciju tkivo može koristiti različite proteinske ligande.
 
## Reference 
## Vanjski linkovi
Kategorija:Glikozaminoglikani
Kategorija:Sulfatni estri