|
|
Oligosaccaril-transferasi | |||||
|
Oligosaccaril-transferasi L'enzima oligosaccaril-transferasi aggiunge una copertura protettiva di carboidrati alle proteine  IntroduzioneQuasi tutte le cellule viventi sono coperte da uno strato complesso di carboidrati. Questi carboidrati sono legati alle proteine o ai lipidi della membrana cellulare. Sono composti da diversi tipi di zuccheri semplici legati tra loro in una varietà di modi. Questo rivestimento di carboidrati ha più ruoli nella vita della cellula. Alcuni hanno un ruolo strutturale: catene voluminose di carboidrati formano uno strato protettivo che controlla l'accesso delle molecole alla superficie cellulare. Altri servono a caratterizzare l'organismo: vengono costruiti con una struttura e una dimensione particolare e così ogni organismo possiede una speciale varietà di carboidrati caratteristici. I gruppi sanguigni A, B, AB, 0 sono un esempio molto conosciuto di variazioni personali della glicosilazione della superficie cellulare e, nelle trasfusioni di sangue dobbiamo evitare che il donatore abbia un tipo di glicosilazione diverso dal ricevente. Infine, alcuni carboidrati sono legati alle proteine che vengono secrete, come le proteine del siero del sangue che sono spesso glicosilate per essere più solubili e più stabili. Proteine glicosilanti In generale, i carboidrati vengono legati alle proteine in due modi: sull'ossigeno alcolico di una serina o di una treonina (O-glicosilazione), o sull'azoto di un'asparagina (N-glicosilazione). L'enzima oligosaccaril-transferasi realizza la N-glicosilazione. Nelle nostre cellule ci sono due forme simili di questo enzima: OST-A (mostrato nella figura qui a lato, file PDB 6s7o) che trasferisce i carboidrati alle proteine mentre vengono sintetizzate nei ribosomi e OST-B (file PDB 6s7t, non mostrato) che trasferisce i carboidrati sulle proteine già sintetizzate. Dapprima, un insieme di enzimi diversi sintetizza la catena del carboidrato aggiungendo uno zucchero alla volta ad un supporto lipidico. Poi l'enzima oligosaccaril-transferasi, come suggerisce il nome, trasferisce il carboidrato dal lipide (mostrato in giallo nella figura) ad una asparagina della proteina. Nelle nostre cellule il trasferimento avviene nel reticolo endoplasmatico e poi il carboidrato viene ulteriormente modificato e tagliato da altri enzimi del reticolo endoplasmatico o del Golgi e alla fine la proteina glicosilata viene portata sulla superficie della cellula o trasportata fuori dalla cellula. Virus e glicani Nella continua battaglia tra noi e i virus, le proteine glicosilate hanno un ruolo importante. I virus devono individuare le loro cellule bersaglio per infettarle e i carboidrati sulla superficie cellulare sono uno degli strumenti che le cellule usano per difendersi. I virus, naturalmente, hanno imparato a superare queste difese. Per esempio, il virus dell'influenza usa l'emoagglutinina per riconoscere questi carboidrati e li usa per legarsi alla cellula ed infettarla. Anche il nostro sistema immunitario è coinvolto in questa battaglia. Il sistema immunitario innato riconosce i carboidrati estranei sulla superficie dei patogeni come i lipidi glicosilati sulla superfice dei batteri. Ma alcuni virus particolarmente pericolosi come HIV e SARS-CoV-2 si sono ricoperti di carboidrati simili a quelli umani per cercare di ingannare il nostro sistema immunitario.  OST-A
in azioneL'enzima oligosaccaril-transferasi-A (azzurro e blu) è collegato con l'apparato di sintesi delle proteine per aggiungere carboidrati alle proteine durante lo stesso processo di sintesi. La struttura qui a lato (file PDB 6fti) mostra un passaggio del processo. Il ribosoma (viola) sta sintetizzando una catena proteica (non mostrata). Man mano che questa viene prodotta, passa nel reticolo endoplasmatico attraverso il canale di trasporto di proteine Sec61 (verde). L'enzima oligosaccaril-transferasi aggiunge l'oligosaccaride all'atomo di azoto di opportune asparagine della catena proteica che gli scorre davanti. L'enzima riconosce un segnale caratteristico nella sequenza proteica e aggiunge l'oligosaccaride solo alle asparagine che non sono vicine ad una prolina e che hanno una serina o una treonina due amminoacidi dopo nella catena. Nella figura mostrata qui sotto (file PDB 6fti con Chimera) si vede in dettaglio, all'interno dell'enzima OST-A, il lipide (giallo) che regge con un gruppo pirofosfato (rosso e arancione) il carboidrato che deve essere trasferito (beige e rosso) che, in questo caso, è N-acetilglucosammina NAG. Sulla sinstra si vede il canale di trasporto di proteine Sec61 (azzurro) e in basso si vede il ribosoma (blu).  Qui sotto è mostrato in dettaglio il lipide (giallo), di 20 carboni, legato, tramite un gruppo pirofosfato (arancione e rosso),al carboidrato NAG . La molecola è tratta dal file PDB 6fti ed è stata rappresentata con Chimera. . . . . . . . . . . . . . . . . 
 Esplorando
la strutturaStudiando un enzima oligosaccaril-tranferasi più semplice del precedente, di origine batterica (file PDB 5ogl), possiamo vedere altri dettagli della reazione di trasferimento del carboidrato. Inizialmente il carboidrato è legato ad un lipide per mezzo di un gruppo pirofosfato che attiva il carboidrato per la reazione di trasferimento. L'enzima trattiene vicino al carboidrato l'asparagina scelta per la reazione. La reazione richiede la presenza di un metallo bivalente come Mg2+ o Mn2+ per aiutare la reazione di trasferimento. Spunti per ulteriori esplorazioni Negli archivi PDB sono presenti molte strutture di proteine glicosilate. Per trovarle, usate la ricerca avanzata e scegliete: Structure Attribute => Glycosylation Site => N-Glycosylation. Per esplorare altre strutture di carboidrati, cercate nel PDB-101 alla pagina Exploring Carbohydrates.  Bibliografia6s7o: Ramirez, A.S., Kowal, J., Locher, K.P. (2019) Cryo-electron microscopy structures of human oligosaccharyltransferase complexes OST-A and OST-B. Science 366: 1372-1375 6fti: Braunger, K., Pfeffer, S., Shrimal, S., Gilmore, R., Berninghausen, O., Mandon, E.C., Becker, T., Forster, F., Beckmann, R. (2018) Structural basis for coupling protein transport and N-glycosylation at the mammalian endoplasmic reticulum. Science 360: 215-219 6ogl: Napiorkowska, M., Boilevin, J., Sovdat, T., Darbre, T., Reymond, J.L., Aebi, M., Locher, K.P. (2017) Molecular basis of lipid-linked oligosaccharide recognition and processing by bacterial oligosaccharyltransferase. Nat Struct Mol Biol 24: 1100-1106 Varki, A. (2017) Biological roles of glycans. Glycobiology 27: 3-49 Ohtsubo, K, Marth, J.D. (2006) Glycosylation in cellular mechanisms of health and disease. Cell 126: 855-867
|
||||||
|
|
||||||
