Proteoglicani

Struttura della matrice extracellulare che compone la cartilagine ialina

Cosa sono i proteoglicani?

IL Proteoglicani Sono proteine ​​glicosilate, generalmente associate ai sostituenti glicosaminoglicani (GAG) anionici. Di solito si trovano sulla faccia esterna della membrana cellulare o "riempiono" lo spazio extracellulare, quindi fanno parte di molti tessuti connettivi.

Di queste complesse macromolecole, le più studiate e analizzate sono state quelle delle cellule cartilaginee negli animali vertebrati, poiché la matrice extracellulare in questi comprende oltre il 90% del peso secco del tessuto che compongono, dove influenzano, tra le altre cose, in resistenza alle compressioni.

Strutturalmente, i proteoglicani contribuiscono all'organizzazione della matrice extracellulare, che fornisce molte più proprietà fisiche o singole cellule. Inoltre, questi sono importanti per molti eventi di segnalazione e comunicazione intercellulari.

Sono proteine ​​estremamente abbondanti e onnipresenti (sono in numerosi tipi di cellule) e complessi, le cui funzioni biologiche e proprietà biochimiche derivano fondamentalmente dalle caratteristiche dei loro componenti di carboidrati, che hanno una grande capacità di idratazione.

Partecipano attivamente ai processi di comunicazione intercellulare, adesione e migrazione e sono stati anche coinvolti nello sviluppo di vari tessuti negli animali, come le reti perineuronali del sistema nervoso.

Struttura e caratteristiche dei proteoglicani

I proteoglicani sono proteine ​​glicosilate della superficie extracellulare, sebbene ci siano alcuni che si possono trovare nei compartimenti intracellulari. Sono generalmente molecole molto abbondanti, ma la loro abbondanza dipende dal tipo di cellula che viene considerato.

Di solito, la porzione di carboidrati di un proteoglicano.

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La sua struttura generale, quindi, è costituita da un "nucleo" proteico che può essere associato a oltre 100 catene di glicosaminoglicani non ramificati, insieme a O-glicosilazione.

Queste sono molecole abbastanza diverse in termini di struttura, forma e funzione. Nelle cellule degli animali vertebrati, ad esempio, sono state identificate diverse combinazioni di diversi tipi di proteine ​​e diversi tipi di glucosaminoglicani, vale a dire:

Proteine

- Proteine ​​transmembrane della superficie cellulare (matrice extracellulare)

- Ancore di proteine ​​collegate in modo covalente di glicosilfosfatidilinositolo (GPI))

Glucosaminoglicani

- Hiaturonano (HA)

- Condotto di solfati (CS)

- Keratan solfato (KS)

- Dermatán solfato (DS)

- Hepar Will Solfato (HS)

Schema di proteoglicano e alcune combinazioni di glucosaminoglicani (fonte: mfigueirededo/cc BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Alcuni proteoglicani come l'unione, che sono proteine ​​transmembrane, sono collegati a 2 catene di solfato e 1 solfato condroitina; Nel frattempo un altro proteoglicano, l'agrecano (cartilagine specifica) ha circa 100 catene di condroitina di solfato e 30 keratan solfato.

Da quanto sopra si comprende che le caratteristiche della glicosilazione di ciascuna proteina, così come il tipo di cellula a cui appartiene, sono quelle che definiscono l'identità di ciascun proteoglicano sulla superficie cellulare.

Funzione

Sulle caratteristiche strutturali dei proteoglicani le loro funzioni dipendono. Ciò è particolarmente vero per quelle caratteristiche correlate alla porzione di glucosaminoglicano, poiché queste molecole sono quelle che consentono alle proteine ​​di interagire con altri elementi sulla superficie cellulare.

Quelle proteine ​​ricche di rifiuti di solfato di eparán possono essere legate con relativa facilità a diversi fattori di crescita, altri componenti della matrice extracellulare, enzimi, inibitori della proteasi, chemiocine, ecc., Quindi hanno un ruolo fondamentale nella trasduzione del segnale nell'ambiente intracellulare.

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Pertanto, i proteoglicani possono svolgere funzioni strutturali nella matrice o possono avere funzioni più specifiche nella trasmissione di messaggi dal mezzo extracellulare allo spazio citosolico.

Negli ultimi anni l'interesse per lo studio dei proteoglicani è cresciuto considerevolmente, un fatto che è legato alla scoperta dell'importanza che queste molecole hanno in alcune condizioni patologiche nell'uomo.

Un esempio di questi è la sindrome di Simpson-GolaBi-Behmel (SGBS), caratterizzata da una crescita pre-e lieve esagerata, difetti alla nascita e suscettibilità alla formazione di tumori associati a mutazioni in un proteoglicano ricco di eparán solfato e ancorati da GPI.

Proteoglicani principali di sangue e vasi sanguigni. Viene mostrato il peso molecolare del nucleo proteico (fonte: ALEisf/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Funzioni cellulari

Praticamente tutti i processi cellulari che implicano interazioni molecolari sulla superficie cellulare, come le interazioni cellulari-wematrix, le cellule e il ligando-ricevitore devono fare, in un modo o nell'altro, con i proteoglicani, poiché sono in grado di aderire a una grande quantità di altre molecole e sono considerevolmente abbondanti in superficie.

Durante lo sviluppo del sistema nervoso e anche durante l'invasione di un tumore e metastasi, ovvero eventi che hanno a che fare con movimenti e prolungazioni o estensioni cellulari, i proteoglicani esercitano funzioni molto attive.

Queste proteine ​​glicosilate partecipano anche ai processi di adesione, proliferazione e istituzione della forma cellulare e quelle che sono proteine ​​transmembraniche che hanno un dominio citosolico, partecipano a cascate di trasduzione e segnaletica.

Esempi di proteoglicano

AGRECANO

AGRECANO. Fonte: BQUB15-LAURA, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

L'agrecano è il principale proteoglicano presente nel tessuto cartilagineo, che è associato ai frammenti di glicosaminoglicano "Hyaluronano" (HA) nella matrice extracellulare dei condrociti.

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Hiaturonano è un glucosaminoglicano lineare composto da acido glucoronico alternativo e rifiuti N-acetilglucosamina, che si può trovare sia sulla superficie cellulare che nella matrice extracellulare e all'interno delle cellule.

L'Unione dell'Hyaluronano a Agrecano si verifica attraverso una "proteina dell'Unione" che forma importanti aggregati con pesi molecolari fino a diversi milioni di Daltons.

Molte malattie congiunte relative al progresso dell'età hanno a che fare con l'aumento dell'aggregazione di Agrocano e Hyaluronano.

Pelecano

Nei glomeruli renali, la membrana basale è costituita principalmente da un proteoglicano noto come Pelecan. Questo proteoglicano ha funzioni importanti come sito di selettività del carico anionico durante la filtrazione glomerulare.

Questo proteoglicano ha il più grande nucleo proteico che è stato osservato in una di queste molecole e si ipotizza che questo dominio proteico possa interagire con altre macromolecole presenti nella membrana basale.

Decorina

Decorina

La decorazione è un piccolo proteoglicano interstiziale ed è caratterizzato da una singola catena di glicosaminoglicano e un piccolo nucleo proteico. È un componente importante di molti tessuti connettivi, si lega alle fibre di collagene di tipo I e partecipa all'assemblaggio della matrice extracellulare.