Кератан-сульфат

Керата́нсульфа́ты (англ. keratan sulfate, KS) — полимерные сульфатированные гликозаминогликаны. Содержатся в костной и хрящевой ткани, роговице. Гликановая цепь кератансульфатов представляет собой сульфированный по оксиметильной группе поли-N-ацетиллактозамин. Одним концом гликановая цепь связана с белком, который называют ко́ровым («основным»; от англ. core protein); он обычно является частью клеточной поверхности или компонентом внеклеточного матрикса.

По типу связи с белком кератинсульфаты делятся на два типа: кератинсульфаты I типа, образующие N-гликозильную связь с аспарагиновыми остатком белка (N-гликаны), и кератинсульфаты II типа, образующие O-гликозильную связь с сериновыми или треониновыми остатками белка (O-гликаны).

В разных тканях описано множество коровых белков, к которым присоединяется кератансульфат;^[1] подобное объединение белка с цепочкой гликозаминогликана называют протеогликаном.

Впервые кератансульфат был выделен в 1939 году из экстрактов роговицы.^[2] В начале 1950х годов было изучено его химическое строение, и один из исследователей, Карл Мейер, назвал вещество кератосульфатом.^[3]

Структура и классификация

Подобно другим гликозаминогликанам, кератансульфат является линейным полимером. Основная дисахаридная структура, составляющая кератансульфат: [-3Galβ1-4GlcNAcβ1-]. В отличие от других гликозаминогликанов, в состав дисахаридного звена у кератансульфата не входят уроновые кислоты, их место занимает D-галактоза. Вторым участником является N-ацетилглюкозамин.

Изначально кератансульфат подразделили на два класса по месту обнаружения в организме: класс I (KSI) находили в роговице, класс II (KSII) - в хряще. Было отмечено, что роговичный кератансульфат отличается от хрящевого по способу соединения с коровым белком. Однако позже оказалось, что и в роговице, и в хряще, и в других тканях встречаются оба типа соединения, и теперь кератансульфат классифицируют не по локализации, а именно по структуре связи: KSI связан через азот с аспарагиновым остатком белка, KSII связан через кислород с сериновым или треониновым остатком. При анализе протеогликанов мозга отмечен третий тип соединения: KSIII, по данным Krusius et al., связывается с коровым белком через маннозу (KS-Man-O-Ser).^[4]

В роговице, по данным одного сравнительного исследования, содержится в 10 раз больше кератансульфата, чем в хряще, и в 2-4 раза больше, чем в какой-либо иной ткани.^[5]

Ряд протеогликанов семейства SLRP (small leucine-rich proteoglycan) объединены под названием «кератансульфатные протеогликаны» (англ. keratan sulfate proteoglycans, KSPG); эти белки, в особенности кератокан, люмикан, мимекан (остеоглицин), играют важную роль в поддержании прозрачности роговицы.

Клиническое значение

По данным ряда исследований, при пятнистой дистрофии роговицы синтез кератансульфата изменён (II тип заболевания) либо полностью нарушен (I тип заболевания),^[6] а у пациентов обнаруживаются мутации гена CHST6, кодирующего фермент N-ацетилгликозамин-6-O-сульфотрансферазу.

Внутриклеточные отложения кератансульфата обнаруживаются при синдроме Моркио (мукополисахаридоз тип VI a).

В одном исследовании описана повышенная экспрессия кератансульфатного протеогликана кератокана в строме роговицы при кератоконусе.^[7]

Хондроциты и кератоциты роговицы, обычно секретирующие кератансульфат и кератансульфатные протеогликаны, при повреждении ткани или ином патологическом процессе склонны трансформироваться в фибробастный фенотип, сокращая или останавливая производство кератансульфата. Микроглиальные клетки мозга также снижают синтез кератансульфата при воспалении;^[8] в одном исследовании отмечена потеря кератансульфата при болезни Альцгеймера.^[9] В других работах, напротив, отмечается повышение экспрессии KS микроглией при повреждениях.^[10] Вероятно, как в роговице, так и в хряще и в тканях мозга такие изменения происходят под воздействием провоспалительных цитокинов.^[11]

Описана роль KS в формировании глиальных рубцов при повреждениях мозга.^[12]

Литература

• Обзоры:
  • Funderburgh JL (October 2000). "Keratan sulfate: structure, biosynthesis, and function". Glycobiology 10 (10): 951–8. PMID 11030741. ("Кератансульфат: структура, биосинтез, функции.")

Примечания

1. ↑ Список белков, связанных с кератансульфатом - из PMID 11030741
2. ↑ Suzuki,M. (1939) Prosthetic group of cornea mucoid. J. Biochem., 30, 185–191.
3. ↑ Meyer,K., Linker,A., Davidson,E.A. and Weissman,B. (1953) The mucopolysaccharides of the cornea. J. Biol. Chem., 205, 611–616.
4. ↑ Krusius T, Finne J, Margolis RK, Margolis RU (June 1986). "Identification of an O-glycosidic mannose-linked sialylated tetrasaccharide and keratan sulfate oligosaccharides in the chondroitin sulfate proteoglycan of brain". J. Biol. Chem. 261 (18): 8237–42. PMID 2941416.
5. ↑ Funderburgh JL, Caterson B, Conrad GW (August 1987). "Distribution of proteoglycans antigenically related to corneal keratan sulfate proteoglycan". J. Biol. Chem. 262 (24): 11634–40. PMID 2957372.
6. ↑ MACULAR DYSTROPHY, CORNEAL, 1; MCDC1 - генетический каталог OMIM.
7. ↑ Wentz-Hunter K, Cheng EL, Ueda J, Sugar J, Yue BY (July 2001). "Keratocan expression is increased in the stroma of keratoconus corneas". Mol. Med. 7 (7): 470–7. PMID 11683372.
8. ↑ Jander,S., Schroeter,M., Fischer,J. and Stoll,G. (2000) Differential regulation of microglial keratan sulfate immunoreactivity by proinflammatory cytokines and colony-stimulating factors. Glia, 30, 401–410.
9. ↑ Lindahl,B., Eriksson,L., Spillmann,D., Caterson,B. and Lindahl,U. (1996) Selective loss of cerebral keratan sulfate in Alzheimer’s disease. J. Biol. Chem., 271, 16991–16994.
10. ↑ Yin J, Sakamoto K, Zhang H, Ito Z, Imagama S, Kishida S, Natori T, Sawada M, Matsuyama Y, Kadomatsu K (March 2009). "Transforming growth factor-beta1 upregulates keratan sulfate and chondroitin sulfate biosynthesis in microglias after brain injury". Brain Res. 1263: 10–22. DOI:10.1016/j.brainres.2009.01.042. PMID 19368826.
11. ↑ Funderburgh JL (October 2000). "Keratan sulfate: structure, biosynthesis, and function". Glycobiology 10 (10): 951–8. PMID 11030741.
12. ↑ Zhang H, Uchimura K, Kadomatsu K (November 2006). "Brain keratan sulfate and glial scar formation". Ann. N. Y. Acad. Sci. 1086: 81–90. DOI:10.1196/annals.1377.014. PMID 17185507.