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Struttura e funzione dei proteoglicani

I proteoglicani sono molecole onnipresente che funzionano come componenti critiche della matrice extracellulare. Queste proteine sono composte di catene glycosaminoglycan che in covalenza sono fissate ad una memoria della proteina. Anche se appena una manciata di proteine ha la tendenza a trasformarsi in in proteoglicani, il loro intervallo delle funzioni e dei ruoli di potenziale nello sviluppo dell'organismo è estremamente vasto.

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Diagramma della matrice extracellulare che mostra i proteoglicani nellVectorMine | Shutterstock

Struttura dei proteoglicani

Carboidrato

I proteoglicani fungono da polisaccaridi piuttosto che le proteine mentre 95% del loro peso è composto di glycosaminoglycan. Le catene glycosaminoglycan consistono di alternare l'esosammina e le unità hexuronic del galattosio o dell'acido. Ci sono egualmente regioni del legame del glicopeptide che connettono le catene del polisaccaride alle proteine di memoria che contengono gli oligosaccaridi O-collegato e/o di N.

La sequenza regolare del polimero dei glycosaminoglycans è un risultato delle unità ripetitive delle catene glycosaminoglycan. Tuttavia, uno studio delle catene glycosaminoglycan ha rivelato la profonda eterogeneità nelle diverse unità del polisaccaride.

Proteine di memoria

I proteoglicani possono essere classificati in base alle loro proteine di memoria. Per esempio, una famiglia consiste di grandi proteoglicani extracellulari del solfato della condroitina che possono specificamente interagire con acido ialuronico. Parecchi proteoglicani nella matrice extracellulare ed i proteoglicani presenti in tessuti connettivi differenti appartengono a questa categoria.

Un'altra famiglia di proteoglycan consiste di piccole proteine omologhe di memoria che includono una o due catena glycosaminoglycan. Queste piccole proteine di memoria includono il decorin, biglycan, fibromodulin, i proteoglicani del solfato ecc. Heparan sono presenti nell'extracellulare o nella membrana basale e sono collegati con il proteoglycan del solfato di heparan secernuti dalla linea cellulare (EHS) del tumore dello Engelbreth-Holm-Sciame.

I serglycans sono proteoglicani intracellulari che consistono delle sequenze della proteina di memoria delle unità della glicina e della serina che sono sostituite molto con le catene di heparan. Tutte le proteine di memoria contengono un dominio glycosaminoglycan della sostituzione e la maggior parte dei proteoglicani sono fissati alle macromolecole presenti nella matrice extracellulare attraverso i domini che sono presenti nelle proteine di memoria.

domini della Glycosaminoglycan-sostituzione

Le catene glycosaminoglycan sono limitate ai residui della serina che sono presenti nelle proteine di memoria. L'allungamento della catena è iniziato dal xylosylation dei residui specifici della serina. Le unità della serina che sono suscettibili del xylosylation si presentano nella sequenza specifica del tatrapeptide che è preceduta da alcuni residui acidi. I peptidi sintetici che contengono questa sequenza sono stati indicati per essere substrati adeguati per il xylosylation in vitro.

Extracellular matrix | Structure of a cell | Biology | Khan Academy

Funzioni cellulari

Tutti i trattamenti cellulari comprendono le interazioni alla superficie della cella, compreso l'interazione della cella con la matrice, con altre celle come pure con i leganti. Queste interazioni comprendono i proteoglicani da queste molecole legano avido con le proteine e sono abbondantemente presenti sulla superficie.

In uno studio, il ruolo dei proteoglicani del solfato di heparan è stato descritto durante le fasi critiche dello sviluppo, compreso la generazione e la differenziazione di neuroni, di orientamento axonal, di sviluppo della sinapsi, ecc.

Uno dei comportamenti critici delle celle del tumore è un'invasione locale e una metastasi distante. Questi comportamenti comprendono aderire alle celle, alla motilità ed alla crescita - tutti questi fattori sono influenzati dai proteoglicani.

Un altro studio ha indicato che i proteoglicani del solfato di heparan possono inibire o migliorare queste attività basate sulla cella o sul tipo del tessuto, la patofisiologia del tumore ed il punto specifico della metastasi che è commovente.

Trasduzione del segnale

Le due famiglie principali dei proteoglicani del solfato di heparan della superficie delle cellule sono syndecans e glypicans. Queste due famiglie legano a parecchie proteine di fattori e della matrice di crescita e sono coinvolgere in varie vie di trasduzione del segnale implicate nella proliferazione delle celle e la forma delle cellule cambia.

Syndecans è proteine del transmembrane che sono collegate alla membrana cellulare facendo uso delle ancore del lipido di glycosylphosphatidylinositol (GPI). Ci sono quattro proteine syndecan mammifere conosciute. Mentre la struttura di queste proteine è abbastanza simile a parecchi citoplasmici comuni, domini del transmembrane e del juxtamembrane, egualmente hanno le regioni e distribuzioni distinte dentro le celle. Sia i partner conservati che divergenti della proteina hanno ruoli nelle funzioni cellulari ed inerenti allo sviluppo dei proteoglicani.

Studi recenti intrapresi in drosofila, in mouse ed in esseri umani indicati come i proteoglicani possono essere implicati nella crescita e nella differenziazione delle cellule. Egualmente hanno ruoli particolari per regolamentare le molecole in questione nelle vie di segnalazione, quali FGFs, i BMPs, Wnts, Hhs, IGFs, ecc. Tuttavia, il meccanismo esatto di come funzione di queste molecole ancora completamente non è capita.

Funzioni negli organismi di modello

La maggior parte delle informazioni su come la funzione dei proteoglicani viene dagli studi nel verme della mosca e del nematode di frutta, elegans di Caenorhabditis. Molti dei proteoglicani del solfato di heparan della superficie della cellula di mammiferi hanno omologhi in mosca ed in verme.

Mentre c'è molte differenze di struttura e funzione quando la mosca ed i sistemi mammiferi sono confrontati, parecchi funzioni dei glypicans della drosofila e syndecan sono imitati in mammiferi, suggerenti le funzioni conservate.

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Last Updated: Jul 9, 2019

Dr. Surat P

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Dr. Surat P

Dr. Surat graduated with a Ph.D. in Cell Biology and Mechanobiology from the Tata Institute of Fundamental Research (Mumbai, India) in 2016. Prior to her Ph.D., Surat studied for a Bachelor of Science (B.Sc.) degree in Zoology, during which she was the recipient of an Indian Academy of Sciences Summer Fellowship to study the proteins involved in AIDs. She produces feature articles on a wide range of topics, such as medical ethics, data manipulation, pseudoscience and superstition, education, and human evolution. She is passionate about science communication and writes articles covering all areas of the life sciences.  

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