Rola glikozylacji białek układu odpornościowego

Rola glikozylacji białek układu odpornościowego

Rola glikozylacji białek układu odpornościowego
STRESZCZENIE
G
likozylacja jest jedną z najczęstszych modyfikacji potranslacyjnych, której ulega znaczna część białek powierzchniowych i wydzielniczych komórki. Różnorodność glikanów
oraz rodzajów wiązań wprowadza ogromną zmienność do glikoprotein. Skład glikanów jest
zależny od wielu czynników, głównie produkcji i aktywności glikozylotransferaz i glikozydaz, enzymów odpowiedzialnych za syntezę oligosacharydów, a poza tym od stanu fizjologicznego komórek i działania czynników zewnętrznych. N-glikany obecne na powierzchni
komórek odpornościowych odgrywają znaczącą rolę w oddziaływaniach międzykomórkowych zachodzących w układzie odpornościowym oraz w kontakcie leukocytów ze śródbłonkiem naczyń krwionośnych. Takie oddziaływania są istotne w aktywacji i proliferacji
leukocytów oraz podczas odpowiedzi immunologicznej. Glikozylacji podlegają kluczowe
białka komórek układu odpornościowego, m.in. cząsteczki MHC, receptor TCR limfocytów
T, receptory TLR komórek prezentujących antygeny oraz przeciwciała. Glikany patogenów
oraz autoantygenów rozpoznawane są przez endogenne lektyny. Na istotne znaczenie tego
procesu w układzie odpornościowym wskazuje wiele doniesień na temat zmian glikozylacji
w różnych stanach patologicznych układu immunologicznego.
WPROWADZENIE
Chociaż cukry są jednym z podstawowych elementów wchodzących w skład
komórek, długo uznawane były wyłącznie za substrat energetyczny. Intensywne
badania ostatnich lat dostarczyły wielu dowodów, że oligosacharydy dołączane
potranslacyjnie do białek i lipidów pełnią szereg istotnych funkcji, m.in. w prawidłowym fałdowaniu białek, oddziaływaniach międzykomórkowych i przekazywaniu sygnałów wewnątrzkomórkowych [1]. Glikozylowane białka są obecne w każdej tkance i komórce naszego organizmu. Szacuje się, że nawet 80% białek zawiera kowalencyjnie związane oligosacharydy [2]. Świat glikozylowanych
białek jest niezwykle skomplikowany, ze względu na ogromną różnorodność
oligosacharydów, które mogą być dołączone do białka, jak również na złożoną
sieć zależności łączącą glikoproteiny. Rodzaj monocukrów budujących oligosacharydy i polisacharydy, izomeria konfiguracyjna monosacharydów, rodzaje
wiązań, rozgałęzienia łańcuchów a także modyfikacje samych cukrów wprowadzają zmienność niespotykaną wśród białek i kwasów nukleinowych [3]. Większość kluczowych białek błonowych i wydzielniczych układu odpornościowego
jest glikozylowana, co sprawia, że glikany biorą udział w prawie każdym aspekcie wrodzonej i nabytej odpowiedzi immunologicznej [4].
N- I O-GLIKOZYLACJA BIAŁEK
Marta Ząbczyńska
Ewa Pocheć
Zakład Biochemii Glikokoniugatów, Instytut
Zoologii, Uniwersytet Jagielloński, Kraków
Zakład Biochemii Glikokoniugatów,
Instytut Zoologii, Uniwersytet Jagielloński,
ul. Gronostajowa 9, 30-387 Kraków; tel.: (12)
664 64 67, e-mail: [email protected]

Artykuł otrzymano 27 listopada 2014 r.
Artykuł zaakceptowano 10 lutego 2015 r.
Słowa kluczowe: N-glikozylacja, układ odpornościowy, MHC, TCR, przeciwciała, lektyny
endogenne
Wykaz skrótów: APC (ang. antigen presenting
cell) — komórka prezentująca antygen; CRD
(ang. carbohydrate recognition domain) — domena rozpoznająca cukry; Fuc (ang. fucose) — fukoza; Gal (ang. galactose) — galaktoza; GalNAc
(ang. N-acetylgalactosamine) — N-acetylogalaktozamina; Glc (ang. glucose) — glukoza; GlcNAc (ang. N-acetylglucosamine) — N-acetyloglukozamina; Man (ang. mannose) — mannoza;
MBL (ang. mannose binding lectin) — lektyna
wiążąca mannozę; MHC (ang. major histocompatibility complex) — główny składnik zgodności tkankowej, SA (ang. sialic acid) — kwas
sjalowy; TCR (ang. T cell receptor) — receptor
limfocytów T; TLR (ang. Toll-like receptor) — receptor Toll-podobny
Podziękowanie: Autorki pragną podziękować
prof. dr hab. Annie Lityńskiej za cenne uwagi i wskazówki przy opracowaniu niniejszego
artykułu.
Glikozylacja jest procesem enzymatycznym, którego efektem jest przyłączenie za pomocą wiązania glikozydowego reszt cukrowych do białek i lipidów.
Jest to proces stary ewolucyjnie i występuje już u jednokomórkowców [5]. Opisano ponad 250 enzymów zaangażowanych w glikozylację, które ze względu na
funkcje możemy podzielić na glikozylotransferazy, odpowiedzialne za przyłączanie nowych reszt cukrowych oraz glikozydazy, które hydrolizują wiązania
glikozydowe i odłączają monosacharydy. Obydwa rodzaje enzymów wykazują
swoistość względem reszty cukrowej, z którą się łączą oraz typu wiązania, jakie tworzą lub hydrolizują. Budowa N-glikanu jest efektem współdziałania tych
dwóch grup enzymów, których synteza i aktywność jest tkankowo i komórkowo specyficzna oraz zależy od wielu czynników. Wysoka swoistość, duża liczba enzymów biorąca udział w tym procesie oraz współdziałanie dwóch typów
enzymów sprawia, że różnorodność powstałych glikanów i glikozylowanych
donorów jest bardzo duża [6]. Większość białek błonowych i wydzielniczych zawiera przyłączone łańcuchy cukrowe. Takie białka nazywamy glikoproteinami.
W zależności od miejsca przyłączenia reszty cukrowej do białka wyróżniamy
N- i O-glikany.
Postępy Biochemii 61 (2) 2015
129
N-glikany tworzą wiązanie glikozydowe między atomem
azotu grupy amidowej reszty asparaginy (Asn) obecnej w
sekwencji aminokwasowej Asn-X-Ser/Thr (X to dowolna
reszta aminokwasowa, z wyjątkiem proliny) a N-acetyloglukozaminą (GlcNAc) [7]. W cząsteczce polipeptydu jest
wiele potencjalnych miejsc glikozylacji, jednak proces ten
nie zachodzi w każdym takim miejscu. N-glikozylacja białek rozpoczyna się na terenie siateczki śródplazmatycznej
(ER) i jest kontynuowana w cysternach aparatu Golgiego.
Glikozylotransferazy i glikozydazy są białkami błonowymi zlokalizowanymi w błonach ER i aparatu Golgiego.
Aktywność określonych glikozylotransferaz i glikozydaz
prowadzi do powstania trzech podstawowych typów N-glikanów o wspólnej części rdzeniowej (GlcNAc2Man3), a
różniących się składem monosacharydowym oraz rodzajem
wiązań, jakimi są połączone monosacharydy dobudowywane do części zewnętrznej. Wyróżniamy N-glikany typu
wielomannozowego, kompleksowego oraz hybrydowego
(Ryc. 1A) [6,8,9]. Struktury wielomannozowe charakteryzują się obecnością od pięciu do dziewięciu cząsteczek
mannozy (Man) dołączonych do części rdzeniowej oligosacharydu. Taka cząsteczka tworzy maksymalnie jedno wiązanie α(1-3) i maksymalnie dwa α(1-6) odpowiedzialne za
rozgałęzienia całej struktury. Końcowe Man połączone są z
całym szkieletem oligosacharydowym za pomocą wiązań
α(1-2) [6]. Modyfikacja struktur wielomannozowych przez
mannozydazy usuwające reszty Man oraz przyłączanie na
ich miejsce reszt GlcNAc, galaktozy (Gal), kwasu sjalowego
(SA) oraz fukozy (Fuc) prowadzi ostatecznie do powstania
rozbudowanych struktur kompleksowych [9,10]. Charakterystyczną strukturą obecną w glikanach kompleksowych
jest disacharyd GlcNAcβ(1-4)Gal zwany laktozaminą [6].
Pośrednim typem N-glikanów są struktury hybrydowe, łączące w swojej strukturze elementy typu kompleksowego z
równoczesną obecnością reszt Man [9].
O-glikany łączą się z białkiem poprzez atom tlenu grupy hydroksylowej reszty seryny (Ser) lub reszty treoniny
(Thr) z N-acetylogalaktozaminą (GalNAc). Enzymy biorące
udział w syntezie O-glikanów, w odróżnieniu od N-glikanów, rozmieszczone są jedynie w błonach aparatu Golgiego. Pojedyncze monosacharydy są dołączane stopniowo w
kilkuetapowej reakcji przez określone enzymy. Wyróżniamy kilka typów O-glikanów określanych jako rdzeń (ang.
core) typu 1, 2, 3, 4 (Ryc. 1B). Proces O-glikozylacji i końcowe etapy N-glikozylacji przebiegają na terenie aparatu Golgiego, dlatego obydwa typy glikanów zawierają w swojej
strukturze kwasy sjalowe, fukozę oraz struktury polilaktozaminylowe [11]. Odmiennym typem O-glikozylacji jest
dołączenie pojedynczej reszty GlcNAc za pomogą wiązania
O-glikozydowego do reszt seryny lub treoniny białka. Takiej modyfikacji podlegają
białka cytoplazmatyczne i
jądrowe. Duża dynamika
tego procesu oraz wspólne
miejsca modyfikacji w białku upodabniają glikozylowanie białka przez dołączanie reszty GlcNAc do procesu fosforylacji [12].
Rycina 1. Podstawowe typy N-glikanów (A) i O-glikanów (B). Fuc — fukoza; Gal — galaktoza; GalNAc — N-acetylogalaktozamina; GlcNAc — N-acetyloglukozamina; Man — mannoza; SA — kwas sjalowy.
130
W odróżnieniu od białek, budowa oligosacharydów nie jest zakodowana
w DNA, lecz zależy od
komórkowo- i tkankowo-specyficznej syntezy enzymów oraz kolejności
ich działania. Dotychczas
odkryto ponad 600 białek,
na które oprócz enzymów
bezpośrednio uczestniczących w syntezie glikanów,
składają się czynniki transkrypcyjne, kanały błonowe
i transportery, które w
sposób pośredni kontrolują proces glikozylacji
i wpływają na strukturę
oligosacharydu. Do dużej
różnorodności N-glikanów
przyczyniają się zmiany
na poziomie genetycznym,
głównie mutacje genów
kodujących enzymy zaangażowane w syntezę anten
struktur kompleksowych,
www.postepybiochemii.pl
go oraz receptory lektynowe
rozpoznające części cukrowe
tych glikoprotein.
GLIKOPROTEINY UKŁADU
ODPORNOŚCIOWEGO
Filogenetyczne różnice w
budowie glikanów sprawiły, iż
są one markerami umożliwiającymi rozpoznawanie patogenu przez komórki gospodarza.
Układ odpornościowy ssaków
wyposażony jest w system
rozpoznający reszty cukrowe
bakterii i wirusów. W wiązaniu
biorą udział lektyny endogenne oraz receptory TLR [5]. Na
Rycina. 2. Glikoproteiny układu odpornościowego. (A) Cząsteczka głównego układu zgodności tkankowej (MHC I)
zbudowana z łańcucha ciężkiego oraz β2-mikroglobuliny. MHC I ma jedno miejsce N-glikozylacji zlokalizowane w łańpowierzchni leukocytów obeccuchu ciężkim przy Asn86. (B) Przeciwciało klasy IgG zbudowane jest z dwóch łańcuchów ciężkich i dwóch lekkich
nych jest ponad 200 białek, z
posiadających fragmenty zmienne (czerwone) oraz stałe (fioletowe). W cząsteczce wyróżniamy fragmenty Fab odpowiektórych prawie wszystkie mają
dzialne za wiązanie antygenu oraz fragmenty Fc zdolne do wiązania się z receptorem. Każdy łańcuch ciężki ma jedno
miejsce N-glikozylacji przy Asn297.
miejsca glikozylacji [16], począwszy od cząsteczek MHC,
które występują częściej niż mutacje genów odpowiereceptorów i koreceptorów
dzialnych za tworzenie części rdzeniowej glikanu. Polimfocytów T i B, aż po receptory dla cytokin [4]. Glikozylonadto, na różnorodność glikanów wpływa również zjawane są również najważniejsze białka rozpuszczalne ukławisko określane jako polimorfizm pojedynczego nukledu odpornościowego, czyli wszystkie klasy przeciwciał [17]
otydu (SNP, ang. single nucleotide polymorphism). Pojedynoraz niektóre cytokiny [18].
czo występujący SNP rzadko przejawia się w fenotypie,
CZĄSTECZKI MHC
jednak występujące w określonych kombinacjach SNP
mogą wprowadzać zmienność, w tym także do struktury oligosacharydów. Efektem mutacji i polimorfizmów w
Cząsteczki układu zgodności tkankowej (MHC, ang.
genach kluczowych dla procesu glikozylacji jest obecność
major histocompatibility complex) prezentujące endogenne
odmiennie glikozylowanych izoform tego samego biał(MHC I) i egzogenne (MHC II) antygeny limfocytom T są
ka, co określa się mianem glikofenotypu. Niektóre z tych
N- i O-glikozylowanymi białkami przezbłonowymi [19].
zmian związane są z występowaniem wrodzonych niePodczas inicjacji odpowiedzi odpornościowej limfocyty
prawidłowości w przebiegu procesu glikozylacji [13,14].
T za pośrednictwem receptorów TCR (ang. T cell receptor) wiążą się z MHC, w które wbudowany jest antygen
Glikany, stanowiąc znaczącą część cząsteczki glikoprona komórkach prezentujących antygen (APC, ang. antytein, pełnią w wielu procesach nie mniej ważną rolę niż
gen presenting cell) [20]. Dojrzała forma cząsteczki MHC I
część białkowa tych makrocząsteczek. N-glikany sprzyzbudowana jest z dwóch podjednostek, ciężkiego transjają formowaniu przestrzennej konformacji białka w ER.
błonowego łańcucha oraz małej podjednostki β2 zwanej
Kalneksyna (Clx) i kalretikulina (Clr), należące do rodzimikroglobuliną (β2M). Glikozylowany jest tylko łańcuch
ny białek opiekuńczych, mają zdolność do wiązania się z
ciężki, który zawiera jedno zachowane w ewolucji miejsce
powstającym białkiem poprzez wytworzenie połączenia
N-glikozylacji przy Asn86 (Ryc. 2A). Obecność N-glikanu
z glukozą (Glc) w strukturze GlcNAc2Man9Glc1. Obecumożliwia prawidłowe złożenie podjednostek na terenie
ność takiej struktury glikanu świadczy o niekompletnej
ER w procesie kontrolowanym przez białka opiekuńcze,
lub błędnej konformacji, jaką przyjmuje nowo zsyntezoco jest jednym z najlepiej poznanych zagadnień z zakresu
wane białko. Clx i Clr wiążąc N-glikan, zatrzymują białko
glikoimmunologii [21]. Przyjmowaniu konformacji przew ER, co umożliwia przyjęcie przez białko prawidłowej
strzennej towarzyszy włączanie w strukturę cząsteczki
konformacji. Odcięcie terminalnej cząsteczki Glc w oliMHC I fragmentu antygenu. Ciężki łańcuch MHC I łączy
gosacharydzie prekursorowym jest sygnałem do uwolsię z Clx za pośrednictwem glikanu o strukturze Glcnienia z ER cząsteczki białka o prawidłowej konformacji
NAc2Man9Glc1. Gdy dochodzi do przyłączenia β2M, czą[15]. Reszty cukrowe są niezwykle istotne w oddziaływasteczka Glc ulega usunięciu i dimer zostaje uwolniony do
niach glikoprotein błonowych i wydzielniczych z innymi
przestrzeni ER, gdzie łączy się z Clr. Taki kompleks łączy
białkami [5], regulując w konsekwencji funkcjonowanie
się z kolejnym kompleksem, w którego skład wchodzi
całej komórki. Wiele dotychczasowych badań poświętransporter TAP (ang. transporter associated with antigen
cono określeniu znaczenia N-glikanów w prawidłowym
processing) oraz tapazyna, białko związane z błoną ER.
funkcjonowaniu układu odpornościowego oraz zaburzeKażde białko, po „pochłonięciu” przez komórkę, zostaje
niom związanym ze zmianą struktury i syntezy oligosapocięte na fragmenty w proteasomach. Fragmenty antycharydów. W dalszej części pracy opisujemy najważniejgenów poprzez transportery TAP przechodzą do wnętrza
sze N- i O-glikozylowane białka układu odpornościoweER i wiążą się z tapazyną. Dlatego połączenie MHC I/Clr
Postępy Biochemii 61 (2) 2015
131
z kompleksem TAP/tapazyna/antygen umożliwia włączenie antygenu w cząsteczkę MHC I, uwolnienie tapazyny z ER i ostatecznie wbudowanie kompleksu MHC I/
antygen w błonę komórkową [22].
Cząsteczka MHC II to heterodimer zbudowany z dwóch
transbłonowych łańcuchów α i β. Polipeptyd α ma dwa
zachowane w ewolucji miejsca N-glikozylacji (Asn78 i
Asn118), a łańcuch β jedno miejsce N-glikozylacji (Asn19).
Znaczenie glikanów cząsteczek MHC II jest słabiej poznane
niż MHC I. W przeciwieństwie do MHC I, glikany MHC II
nie są związane z fałdowaniem przestrzennym cząsteczki
i transportem do błony komórkowej, co stwierdzono wykorzystując mutagenezę miejsc glikozylacji oraz inhibitory
glikozylacji [19]. Lokalizacja N-glikanów w pobliżu miejsca
wiążącego antygen, sugeruje ich wpływ na oddziaływanie
z cząsteczką TCR [21] i prezentację antygenów zależną od
MHC II [19]. Zanim cząsteczka MHC II zostanie wbudowana w błonę komórkową, tworzy kompleks z łańcuchem γ.
Po wbudowaniu antygenu w cząsteczkę MHC II kompleks
zostaje rozerwany, a MHC II uwolnione. Za stabilizację
kompleksu MHC II/łańcuch γ odpowiada m.in. O-glikan
obecny na MHC II w pozycji Thr187 [23].
RECEPTOR TCR
Białkiem N-glikozylowanym jest również receptor TCR
limfocytów T, drugi z elementów synapsy immunologicznej. Jego podstawową funkcją jest wiązanie antygenu prezentowanego przez cząsteczkę MHC. Cząsteczka TCR jest
heterodimerem zbudowanym z podjednostek α i β posiadającym co najmniej siedem miejsc N-glikozylacji [24]. Mechanizm regulacji aktywności limfocytów T przez glikany
receptora TCR jest dobrze poznany. Glikany podjednostek
TCR regulują jego funkcję poprzez oddziaływanie z galektyną-3 (Gal-3), endogennym białkiem zdolnym do wiązania
oligosacharydów. Obecność w limfocytach T enzymu β(1-6)
N-acetyloglukozaminylotransferazy V (GnT-V), kodowanego przez gen MGAT5 i katalizującego syntezę rozgałęzień
GlcNAc β(1-6), umożliwia połączenie TCR z Gal-3. Dołączenie reszty GlcNAc wiązaniem β(1-6) do struktury rdzennej
N-glikanu umożliwia rozbudowę całego oligosacharydu
typu kompleksowego m.in. o struktury N-acetylolaktozaminylowe, tym samym zwiększając powinowactwo TCR do
Gal-3 [25,26]. Wiązanie Gal-3 do glikanów TCR obecnych
na dziewiczych limfocytach uniemożliwia ich przedwczesne grupowanie się, co jest konieczne do zaktywowania
komórki, tym samym podwyższając próg ich aktywacji
przez komórki APC (Ryc. 3). Dodatkowo związanie Gal-3
do glikanów receptora TCR stanowi steryczną przeszkodę
dla cząsteczki MHC. Badania nad myszami pozbawionymi genu Mgat5 pokazały, że u tych zwierząt dużo łatwiej
zaktywować TCR. Ponadto stwierdzono, że u takich organizmów częściej dochodzi do rozwoju chorób autoimmunizacyjnych. Podobne zjawisko zaobserwowano w przypadku
mutacji genu kodującego β(1-3) N-acetyloglukozaminylotransferazę (GnT-II), enzymu odpowiedzialnego za dołączanie N-acetylolaktozaminy [24].
Kolejnym istotnym zjawiskiem związanym z glikozylacją
TCR jest wpływ Gal-3 na oddziaływanie z cząsteczką CD8,
która jest koreceptorem TCR na powierzchni cytotoksycz-
132
nych limfocytów T (Tc). CD8 również wiąże MHC zwiększając nawet 10-krotnie siłę wiązania MHC przez receptor
TCR. Badania in vitro nad komórkami Tc stymulowanymi
komórkami nowotworowymi udowodniły, że utrata cytotoksyczności przez te komórki wiąże się z brakiem kolokalizacji TCR i CD8 spowodowanym oddziaływaniem tych
cząsteczek z Gal-3. Lektyna ta wiążąc się ze swoim cukrowym ligandem obecnym na TCR tworzy przestrzenną sieć
na powierzchni błony komórkowej limfocytów T, co uniemożliwia kontakt TCR i CD8 (Ryc. 3). Tym samym wiązanie MHC staje się nieefektywne, a limfocyty T tracą funkcje
efektorowe [27].
W skład synapsy immunologicznej oprócz pary MHC-TCR wchodzą liczne koreceptory stabilizujące całe połączenie oraz posiadające funkcje ochronne i sygnalizacyjne.
Wiele z nich to glikoproteiny. Cząsteczki CD2 (limfocyty T)
i CD58 (APC) należą do białek adhezyjnych i ze względu na
ich lokalizację i rozmiar zbliżony do rozmiaru kompleksu
TCR-MHC, uznaje się, iż wspomagają one wiązanie limfocytu T z komórką APC. N-glikany obecne na CD2 ograniczają przyjęcie takiej przestrzennej konformacji, która
pozwoliłaby na interakcje typu cis z CD58 obecną na tej samej komórce, a tym samym promuje wiązanie typu trans z
CD58 obecną na partnerskiej komórce APC. Chociaż reszty
cukrowe CD2 nie znajdują się w miejscu wiązania liganda,
to przez wpływ na sferyczne ułożenie białka mogą regulować efektywność tworzenia synapsy immunologicznej [16].
RECEPTORY TLR
Receptory Toll-podobne (TLR, ang. Toll-like receptor) należą do większej grupy receptorów rozpoznających wzorce (PRR, ang. pattern recognition receptor) obecnych na powierzchni APC. Receptory PRR rozpoznają cząsteczki patogenów o budowie zachowanej w ewolucji, nazywane wzorcami molekularnymi związanymi z patogenami (PAMP,
ang. pathogen associated molecular patterns), co prowadzi do
aktywacji APC [28,29].
Wszystkie receptory rodziny TLR są N-glikoproteinami
[30] charakteryzującymi się obecnością w rejonie zewnątrzkomórkowym motywów bogatych w leucynę zaangażowanych w rozpoznawanie liganda na powierzchni
patogenu [31]. Glikozylacja receptorów TLR jest istotna
dla ich obecności w błonie komórkowej, transportu na powierzchnię komórki oraz rozpoznawania PAMP [30]. W
receptorze TLR3 zidentyfikowano dziewięć potencjalnych
miejsc N-glikozylacji, przy czym dwa z nich znajdują się w
obrębie powtórzeń bogatych w reszty leucyny. Zahamowanie syntezy N-glikanów z użyciem tunikamycyny obniża syntezę TRL3 i wpływa na jego funkcje. Tunikamycyna
hamuje również aktywację NF-κB [32], najważniejszego
czynnika transkrypcyjnego odpowiedzialnego za ekspresję genów wielu białek prozapalnych [20]. Tych efektów
nie obserwowano w obecności swainsoniny hamującej
aktywność α-mannozydazy II i zatrzymującej syntezę N-glikanów na etapie struktur wielomannozowych i hybrydowych [32]. Wyniki te wskazują, że obecność N-glikanów
na receptorze TLR3 jest istotna w generowaniu sygnałów
wewnątrzkomórkowych, co w konsekwencji ma wpływ na
przebieg odpowiedzi odpornościowej.
www.postepybiochemii.pl
IgG oczyszczone z surowicy 0,5-10
tys. dawców, określane skrótem IVIG
(ang. intravenous gamma globulin) są
wykorzystywane do leczenia chorób
zapalnych. Deglikozylacja IVIG z użyciem N-glikozydazy F (PNGazy F) znosi
działanie przeciwzapalne przeciwciał u
zwierząt, u których eksperymentalnie
wywołano reumatoidalne zapalenie
stawów. Zastosowanie neuraminidazy
katalizującej odcięcie SA z terminalRycina. 3. Wpływ N-glikozylacji receptora TCR na jego funkcje. (A) TCR oraz koreceptor CD8 zlokalizonej części glikanu, redukuje przeciwwane w odległości zapewniającej efektywne wiązanie cząsteczki MHC prezentującej antygen. (B) Glikany
zapalne właściwości IVIG do poziomu
obecne na cząsteczce TCR i CD8 stanowią ligand dla galektyny-3 (Gal-3), która nie pozwala na grupowanie
porównywalnego z użyciem PNGazy
się TCR i CD8. (C) Dwie cząsteczki TCR przestrzennie oddzielone Gal-3. (D) Zgrupowanie dwóch cząsteczek TCR pozbawionych N-glikanów zmniejsza próg aktywności limfocytu T.
F. Ciekawy jest fakt, że SA wpływa na
właściwości przeciwzapalne przeciwReceptor TLR2 ma tylko cztery potencjalne miejsca Nciał, natomiast nie zmienia ich czasu
-glikozylacji, przy czym jedno obecne jest w sekwencji zapółtrwania w surowicy, ani ich powinowactwa do recepchowanej w toku ewolucji. Stosując metodę ukierunkowatora FcR [36]. Kolejnego dowodu na znaczenie glikozynej mutagenezy miejsc glikozylacji stwierdzono obecność
lacji w funkcjonowaniu przeciwciał dostarczyły badania
N-glikanów w każdym z czterech miejsc glikozylacji. Muz zastosowaniem inhibitora mannozydazy I, deoksytacja Asn w miejscu zachowanym w ewolucji powodowamannojirimycyny (dMM), który hamuje proces obróbki
ła całkowite zahamowanie sekrecji ektodomeny TLR2, co
N-glikanów na etapie struktur wielomannozowych uniemiało poważne konsekwencje dla funkcjonowania komómożliwiając syntezę form kompleksowych N-glikanów.
rek. W przypadku mutacji pozostałych miejsc glikozylacji
Badania Tulp i wsp. (1986) wykazały, że dMM blokuje w
obserwowano jedynie zmniejszenie sekrecji ektodomeny
znacznym stopniu produkcję IgG i IgA w hodowli in vitro
TLR2. N-glikozylacja cząsteczki TLR2 jest istotna również
zaktywowanych komórek jednojądrzastych krwi (MNC,
w kształtowaniu prawidłowej struktury przestrzennej
ang. mononuclear cells). Ponieważ inhibitor ten nie wpłybiałka [30].
wa na proliferację komórek, przypuszczalnie zahamowanie produkcji immunoglobulin wiąże się z niewłaściwym
PRZECIWCIAŁA
transportem tych białek poprzez szlak sekrecyjny, co ma
bezpośredni związek z zaburzeniami w procesie glikozyKluczowymi glikoproteinami surowicy w odpowielacji [37].
dzi immunologicznej typu humoralnego są przeciwciała
(Ig). Wyróżnia się 5 klas przeciwciał (IgA, IgD, IgE, IgG i
Glikozylacja IgG odgrywa ważną rolę w rozwoju chorób
IgM) różniących się budową łańcucha ciężkiego [20]. Przeautoimmunizacyjnych. Za jeden z markerów reumatoidalciwciała klasy IgG zbudowane są z dwóch identycznych
nego zapalenia stawów (RZS) uznaje się występowanie w
łańcuchów ciężkich i dwóch łańcuchów lekkich tworzących
surowicy oraz płynie z torebki stawowej chorych zwiększocząsteczkę o kształcie litery Y. W budowie cząsteczki wynego poziomu agalaktozylowanych przeciwciał typu IgG
różniamy fragment wiążący antygen Fab (ang. antigen bin(IgG-G0). Taka modyfikacja sprawia, że do oligosacharydu
ding fragment) oraz fragment Fc (ang. crystallizable fragment),
pozbawionego Gal wiążą się lektyny MBL (ang. mannose
odpowiedzialny za wiązanie się do komórek układu odporbinding lectin), aktywując dopełniacz i w konsekwencji urunościowego oraz za aktywację dopełniacza (Ryc. 2B) [33].
chamiając odpowiedź zapalną (więcej w rozdziale Lektyny
Przeciwciała klasy IgG występują w największym stężeniu
endogenne — białka rozpoznające glikany). Dodatkowo w
w osoczu człowieka [17]. Przeciwciała należące do każdej z
surowicy chorych na RZS wykryto autoprzeciwciała skiepodklas IgG posiadają jedno, zachowane w ewolucji miejsce
rowane przeciwko agalaktozylowanym IgG [33]. Stężenie
N-glikozylacji przy reszcie Asn297, zlokalizowane w regioprzeciwciał typu IgG-G0 w surowicy zwiększa się wraz
nie zawiasowym immunoglobuliny [34]. N-oligosacharyd
z wiekiem, dlatego obecność tej glikoformy uważa się
IgG jest typu kompleksowego dwuantenowego, jednak w
również za jeden z objawów starzenia się organizmu [38].
jego obrębie występuje duża różnorodność, która sprawia,
Obok zwiększonego poziomu agalaktozylowanych dwuanże wyróżniono ponad 30 glikoform pojedynczego ciężkietenowych oligosacharydów zawierających rdzeniową Fuc,
go łańcucha IgG. Brak glikanu przy Asn297 uniemożliwia
wraz z wiekiem obserwuje się zmniejszenie poziomu dwuwiązanie fragmentu Fc do receptora. Budowa oligosachagalaktozylowych N-glikanów. Wynika to ze zwiększonej
rydu może modyfikować właściwości przeciwciał zwięksyntezy β galaktozydazy oraz z obniżenia poziomu β(1-4)
szając lub zmniejszając powinowactwo do receptora, co w
galaktozylotransferazy odpowiedzialnych odpowiednio za
konsekwencji aktywuje lub hamuje odpowiedź odpornousunięcie i przyłączenie reszty Gal do reszty GlcNAc oligościową. Fukozylacja rdzeniowej części N-glikanu hamuje
sacharydu [39].
cytotoksyczną odpowiedź komórek inicjowaną przez IgG.
Podobnie kwasy sjalowe obecne w terminalnej części oligoWszystkie pozostałe klasy przeciwciał również mają
sacharydu działają wyciszająco na odpowiedź z udziałem
zachowane w ewolucji miejsca N-glikozylacji zlokalizoprzeciwciał [17,35].
wane w ciężkim łańcuchu cząsteczki. Immunoglobuliny
Postępy Biochemii 61 (2) 2015
133
klasy A i D są dodatkowo O-glikozylowane. Cząsteczka IgD ma trzy miejsca N-glikozylacji (Asn354, Asn445,
Asn496). Stosując metodę mutagenezy miejsc glikozylacji
wykazano istotną rolę glikanów związanych do Asn354 w
sekrecji IgD. Białko pozbawione tego miejsca glikozylacji
pozostawało w ER i nie było transportowane do aparatu
Golgiego [40]. Przeciwciała klasy IgA produkowane są
najliczniej przez ludzki organizm. Mimo że ich poziom w
surowicy jest mniejszy niż IgG, to największe ich stężenie
występuje w wydzielinach surowiczych i śluzowych całego organizmu. W obrębie tej klasy wyróżnia się podklasę
IgA1 i IgA2. Podklasa IgA1 charakteryzuje się obecnością
dziewięciu potencjalnych miejsc O-glikozylacji zlokalizowanych w regionie zawiasowym cząsteczki, z których
pięć jest najczęściej glikozylowanych [41]. Zmiany glikozylacji przeciwciał IgA zwiększają podatność na tworzenie agregatów tych przeciwciał, które mogą odkładać się
w nerkach, co prowadzi do rozwoju choroby określanej
jako nefropatia IgA (IgAN). W przebiegu IgAN dochodzi
do utraty SA lub terminalnej Gal z O-wiązanej struktury
GalNAcβ(1-3)Gal w cząsteczkach IgA [23,41] oraz zmniejszenia sjalilacji O-glikanów przeciwciał klasy IgD [42].
BIAŁKA OSTREJ FAZY
Podczas odpowiedzi zapalnej kluczową rolę odgrywają
białka ostrej fazy, których poziom w surowicy może ulec
nawet 1000-krotnemu zwiększeniu. Białka ostrej fazy produkowane są przez hepatocyty i znaczna część z nich jest
glikozylowana. Haptoglobina i α1-kwaśna glikoproteina
wykazują zmienioną glikozylację podczas chronicznego stanu zapalnego [35]. W toku różnych patologicznych
procesów toczących się w organizmie zmienia się skład
aminokwasowy i wzór glikozylacji białka C-reaktywnego
(CRP, ang. C reactive protein). W przypadku takich chorób
jak toczeń rumieniowaty czy gruźlica wykazano odmienny od innych niezapalnych schorzeń typ wiązania SA w
terminalnej części N-glikanu białka CRP [43]. Transferyna,
kolejne białko ostrej fazy, odpowiedzialna jest za transport
żelaza w krwi. W przeciwieństwie do wyżej wymienionych białek, stężenie transferyny ulega obniżeniu podczas
ostrej fazy odpowiedzi zapalnej. Charakterystycznymi glikanami obecnymi na cząsteczce transferyny są dwu- lub
trzyantenowe N-glikany zakończone SA. Poziom sjalilacji transferyny zmienia się w przebiegu sepsy, przy czym
zmniejszenie obserwuje się podczas pierwszego i drugiego dnia jej przebiegu, po czym w ciągu następnych trzech
dni poziom sjalilowanej formy tego białka wzrasta powyżej poziomu z dnia pierwszego. Taka zmiana glikozylacji
transferyny skraca czas jej półtrwania w surowicy, a tym
samym ogranicza proces transportu żelaza. Uważa się, że
jest to jeden z mechanizmów obronnych organizmu, który działając na transporter żelaza zmniejsza dostępność
tego niezbędnego dla wzrostu bakterii składnika. Na wiarygodność tej hipotezy wskazuje fakt, iż zmiana poziomu
sjalilacji transferyny nie koreluje ze zmianą stężenia tego
białka i zawartością żelaza we krwi [44].
CYTOKINY
Cytokiny, do których zaliczamy interleukiny, interferony, chemokiny i czynniki wzrostu kolonii [18] są
134
białkami regulującymi wrodzoną i swoistą odpowiedź
zapalną. Produkowane są lokalnie w miejscach wniknięcia organizmów patogennych. Ich działanie skierowane
jest bezpośrednio przeciwko organizmom patogennym
lub ich aktywność pośrednio uruchamia inne cytokiny
wykonawcze. Wiele spośród cytokin to białka glikozylowane występujące w postaci różnych glikoform [18,45].
W badaniach porównujących funkcje glikozylowanych
cytokin z ich nieglikozylowanymi wariantami stwierdzono, że obecność komponenty cukrowej wpływa na aktywność części tych białek. Aktywność nieglikozylowanej interleukiny 2 (IL-2) była większa od formy glikozylowanej. Przeciwny efekt obserwowano dla interferonu-γ
(IFN-γ), którego forma glikozylowana wykazywała dwa
razy większą aktywność w porównaniu z nieglikozylowanym odpowiednikiem [18]. Natomiast aktywność różnych glikoform cytokiny IL-5 biorącej udział w indukowaniu wzrostu i różnicowania limfocytów, nie była zależna od glikozylacji [46].
CD43
Cząsteczka CD43 jest przezbłonowym białkiem limfocytów T, biorącym udział w ich aktywacji. CD43 należy
do rodziny mucyn; w obrębie domeny zewnątrzkomórkowej zawiera ok. 80 miejsc O-glikozylacji i jedno miejsce
N-glikozylacji. Glikany stanowią 62-66% masy całej cząsteczki [47]. Istnieją dwie izoformy CD43 o masach cząsteczkowych 115 i 130 kDa. Zwiększenie masy cząsteczki
następuje po aktywacji limfocytów T w efekcie działania
transferaz odpowiedzialnych za syntezę i rozbudowę
O-glikanu typu 2. Białko CD43 bierze udział w adhezji
limfocytów T do śródbłonka podczas migracji limfocytów do miejsca zapalenia [48]. E-selektyna na komórkach
śródbłonka wiąże izoformę CD43 o masie cząsteczkowej
130 kDa za pośrednictwem sjalowanych struktur Lewis
x obecnych w cząsteczkach O-glikanów typu 2. CD43,
podobnie jak białko CD45, odgrywa również ważną rolę
w apoptozie limfocytów indukowanej poprzez wiązanie
Gal-1, lektyny endogennej, której głównym ligandem są
struktury laktozaminylowe, ale rozpoznaje również sjalowane O-glikany typu 2. Pojawienie się sjalowanych O-glikanów na CD43 pełni rolę ochronną przed apoptozą
indukowaną wiązaniem Gal-1 [47,49,50].
CD45
Cząsteczka CD45 jest białkiem licznie występującym
w błonie komórek jądrzastych wywodzących się z linii
hematopoetycznej [51]. Zewnątrzkomórkowa część CD45
ma wiele miejsc N-glikozylacji zlokalizowanych w domenach fibronektynowych oraz miejsc O-glikozylacji w
N-końcowej części łańcucha białkowego. Wyróżniamy
osiem izoform CD45 wynikających z alternatywnego
składania eksonów podczas dojrzewania mRNA. W efekcie tego procesu fragmenty białka podlegające N-glikozylacji pozostają niezmienne, natomiast długość fragmentów łańcucha białkowego podlegającego O-glikozylacji i
w konsekwencji liczba dołączonych O-glikanów różni się
między izoformami. Liczba miejsc N-glikozylowanych
zależy od podklasy limfocytów T i etapu rozwoju tych
komórek [52]. W błonie komórkowej limfocytów wystęwww.postepybiochemii.pl
puje pięć izoform R0, RA, RB, RBC i RABC, z których R0
ma najmniej przyłączonych reszt O-glikanów. Podczas
dojrzewania i aktywacji limfocyty T wykazują obecność
w błonie komórkowej różnych izoform CD45 zależną od
zmieniającej się zawartości glikozylotransferaz. Izofomy
CD45 wykorzystywane są jako markery poszczególnych
etapów rozwoju limfocytu [51]. CD45 jest receptorem
posiadającym właściwości fosfatazy serynowej. Utrata
właściwości fosfatazy zachodzi poprzez dimeryzację receptora. Sparowane cząsteczki blokują miejsca aktywne
enzymu. Zaburzenia w aktywacji CD45 prowadzą do
nadmiernej proliferacji limfocytów oraz rozwoju chorób
autoimmunizacyjnych. Izoformy CD45 słabiej glikozylowane lub pozbawione kwasów sjalowych efektywniej
tworzą dimery, co hamuje przekazywanie sygnałów wewnątrzkomórkowych i aktywację limfocytów T [48].
LEKTYNY ENDOGENNE — BIAŁKA
ROZPOZNAJĄCE GLIKANY
Warunkiem udziału glikanów w regulacji funkcji komórek układu odpornościowego jest rozpoznanie przez białka
zdolne do wiązania reszt cukrowych nazywane lektynami
endogennymi. Są to cząsteczki charakteryzujące się obecnością domeny rozpoznającej cukry (CRD, ang. carbohydrate recognition domain). Lektyny są klasyfikowane na trzy
podrodziny. Wyróżnia się lektyny typu C zależne od jonów
wapnia, np. selektyny, lektyny typu S, np. galektyny oraz
lektyny typu immunoglobulin I, np. Siglec [53]. Ciekawy
jest również fakt, iż same lektyny, z wyjątkiem galektyn, są
glikoproteinami.
Selektyny specyficznie rozpoznają SA w strukturach
typu Lewis. Białka te są cząsteczkami adhezyjnymi obecnymi na powierzchni komórek nabłonkowych i leukocytów.
Odpowiedzialne są za oddziaływanie limfocytów i neutrofili z komórkami śródbłonka, co umożliwia toczenie się
komórek układu odpornościowego po śródbłonku, poprzedzające przejście przez jego ściany do miejsca zapalnego
[53,54]. Do tej pory zidentyfikowano kilka spośród wielu
potencjalnych glikoprotein zawierających reszty cukrowe
rozpoznawane przez selektyny. Jest to m.in. glikozylowany
ligand dla P-selektyny (PSGL1, ang. P-selectin glycoprotein
ligand 1), ligand dla E-selektyny (ESL1, ang. E-selectin ligand
1), białka CD34 i CD44 oraz integryna αMβ2. Udowodniono
na modelu mysim, że brak sjalotransferazy ST3Gal4, biorącej udział w procesie syntezy liganda dla selektyn, powoduje zmniejszoną migrację leukocytów do miejsca zapalenia
[5]. Ciekawym przykładem wpływu diety na glikozylację są
badania prowadzone na pacjentach z niedoborem adhezji
leukocytów typu II (LADII, ang. leukocyte adhesion deficiency
type II), chorobą charakteryzującą się obniżoną odpornością
spowodowaną brakiem fukozylowanego liganda dla selektyn w błonie komórkowej neutrofili. Defekt glikozylacji białek błonowych neutrofili skutkuje zaburzeniem w procesie
toczenia się oraz przechodzenia tych komórek przez ścianę śródbłonka, leukocytozą i częstszym występowaniem
infekcji bakteryjnych. Zastosowanie 9-miesięcznej terapii
związanej z wprowadzeniem diety bogatej w fukozę znosiło objawy LAD II. W efekcie obserwowano obniżenie liczby
neutrofili i gorączki oraz pojawienie się fukozylowanego liganda na powierzchni neutrofili [55].
Postępy Biochemii 61 (2) 2015
Kluczową rodziną lektyn odpowiedzialnych za utrzymanie homeostazy układu odpornościowego i regulację
procesów zapalnych są galektyny. Dotychczas w komórkach ssaków zidentyfikowano 14 galektyn szeroko rozpowszechnionych w różnych tkankach organizmu. Ze
względu na budowę wyróżnia się galektyny prototypowe
(np. Gal-1, Gal-2, Gal-5), które występują jako monomery lub homodimery zbudowane jedynie z domeny CRD,
galektyny chimeryczne (Gal-3) zbudowane z części nielektynowej połączonej z domeną CRD oraz lektyny tandemowe (np. Gal-4, Gal-6) zawierające dwie różne domeny CRD w jednym łańcuchu polipeptydowym [56]. Gal-1
wiążąc galaktozę hamuje działanie komórek Th1 i Th17 i
wprowadza je na drogę apoptozy [53]. Gal-3 jest szeroko
rozpowszechniona w organizmach ssaków, szczególnie
w monocytach, makrofagach, komórkach dendrytycznych i neutrofilach. Ligandem Gal-3 jest β-galaktoza,
a jej powinowactwo do tej cząsteczki zwiększa się, gdy
występuje w postaci disacharydu N-acetylolaktozaminy.
Gal-3 jest zaangażowana w wiele procesów związanych
z odpowiedzią zapalną, indukuje aktywację neutrofili i
komórek tucznych, po związaniu z glikozylowanym błonowym ligandem może zapoczątkować wybuch tlenowy
oraz degranulację w tych komórkach [57].
Ważnym przedstawicielem lektyn endogennych jest
lektyna wiążąca mannozę (MBL). Jest to białko wydzielnicze zdolne do wiązania proteoglikanów obecnych na
mikroorganizmach oraz glikanów autoantygenów powierzchniowych zmienionych w skutek choroby (np.
cukrzycy, procesu nowotworowego) lub w komórkach
nekrotycznych i apoptotycznych. MBL syntezowana
jest w wątrobie, skąd uwalniana jest do krwi. Ligandami dla lektyny MBL są reszty Man, GlcNAc i Fuc obecne
w terminalnej części glikanu. Taka swoistość wiązania
uważana jest za podstawę rozróżnienia oligosacharydów
patogennych od własnych, ponieważ terminalną pozycję
w glikanach ssaków zajmuje głównie Gal i SA. W komórkach nowotworowych MBL wiąże struktury typu Lewis
a i b (Lea i Leb). Jedną z najważniejszych funkcji MBL jest
aktywacja dopełniacza. Lektyna MBL po połączeniu się
z powierzchniowym ligandem, zmienia konformację, co
prowadzi do aktywacji proteaz serynowych (MASP, ang.
MBL-associated serine proteases), z którymi jest związana.
Aktywność białek MASP powoduje rozkład czynników
dopełniacza C4 i C2 i powstanie konwertazy C3, kompleksu C4bC2a niezbędnego do kontynuacji kaskadowej
reakcji prowadzącej do powstania kompleksu atakującego błonę i w efekcie powodującego lizę komórki [58,59].
Kolejnym przykładem na istotne znaczenie glikozylacji w układzie odpornościowym jest cząsteczka CD22
obecna wyłącznie na limfocytach B. CD22 ma zdolność
do łączenia się z receptorem BCR (ang. B cell receptor), co
reguluje jego aktywność. CD22 należąca do lektyn typu
Siglec, zbudowana jest z zewnątrzkomórkowej części lektynowej i fragmentu wewnątrzkomórkowego bogatego
w powtórzenia tyrozyny. Część wewnątrzkomórkowa
spełnia funkcje hamujące, ponieważ zdolna jest do wiązania fosfatazy SHP1 hamującej aktywność BCR. Synteza
liganda dla CD22 wymaga aktywności sjalotransferazy
135
STGal1, która katalizuje przyłączenie SA do N-acetylolaktozaminy N-glikanu wiązaniem α(2-6). Taki ligand
występuje na wielu glikoproteinach, w tym także na
samym CD22. Wiązanie CD22 z ligandem obecnym na
innej cząsteczce CD22 jest bardzo częste. Podczas niedoboru ST6Gal1 aktywacja BCR jest hamowana, co w konsekwencji prowadzi do stłumienia odpowiedzi humoralnej.
Jest to spowodowane tym, że brak liganda uniemożliwia
tworzenie się multimerów CD22, a tym samym promowane jest wiązanie CD22-BCR. Taka konfiguracja umożliwia działanie fosfatazy SHP1, co zapobiega sygnalizacji
z BCR poprzez fosforylację białek przekaźnikowych, tym
samym hamując odpowiedź immunologiczną [5].
12.Krześlak A (2007) Wpływ modyfikacji białek komórkowych przez O-GlcNAc na proces przekazywania sygnału. Postepy Biochem 54: 389399
PODSUMOWANIE
17.Shade KTC, Anthony RM (2013) Antibody glycosylation and inflammation. Antibodies 2: 392-414
Glikoimmunologia to dynamicznie rozwijająca się w
ostatnich latach dziedzina nauki łącząca wiedzę na temat
mechanizmów funkcjonowania układu odpornościowego z budową glikoprotein komórek odpornościowych.
Już w pierwszych badaniach nad układem immunologicznym korzystano z faktu, że większość kluczowych
białek receptorowych i wydzielniczych biorących udział
w odpowiedzi zapalnej jest glikozylowana. Do izolacji
subpopulacji limfocytów i aglutynacji ludzkich erytrocytów używano roślinnych białek zdolnych do wiązania
cukrów na powierzchni tych komórek [60,61]. Późniejsze
odkrycia wskazujące, że funkcja układu odpornościowego regulowana jest poprzez oddziaływania cukier-białko,
stanowiło kamień milowy w rozwoju glikoimmunologii
[4]. Dziś nie ma wątpliwości, że prawidłowe funkcjonowanie układu odpornościowego nie jest możliwe bez
udziału sacharydów wprowadzających dużą zmienność
do białek i lipidów obecnych na powierzchni komórek
oraz że zmiany glikozylacji wiążą się z występowaniem
chronicznych chorób układu odpornościowego, w tym o
podłożu autoimmunzacyjnym.
PIŚMIENNICTWO
1. Kim PJ, Lee DY, Jeong H (2009) Centralized modularity of N-linked
glycosylation pathways in mammalian cells. PLoS One 4: e7317
2. Aarnoudse CA, Garcia Vallejo JJ, Saeland E, van Kooyk Y (2005) Recognition of tumor glycans by antigen-presenting cells. Curr Opin Immunol 18: 105-111
3. van Kooyk Y, Kalay H, Garcia-Vallejo JJ (2013) Analytical tools for the
study of cellular glycosylation in the immune system. Front Immunol
4: 451
4. Rabinovich GA, van Kooyk Y, Cobb BA (2012) Glycobiology of immune responces, Ann N Y Acad Sci 1253: 1-15
5. Marth JD, Grewal PK (2008) Mammalian glycosylation in immunity.
Nat Rev Immunol 8: 874-887
6. Brooks SA, Dwek MV, Schumacher U (2002) Functional and molecular
glycobiology, BIOS Scientific Publishers, Nowy Jork
7. Lodish H, Berk A, Zipursky SL, Matsudaria P, Baltimore D, Darnell
J (2000) Molecular Cell Biology 4th edition, WH Freeman, Nowy Jork
8. Fukuda M, Hindsgaul O (1994) Molecular glycobiology. Oxford University Press, Nowy Jork
9. Surman M, Janik M (2014) Regulacja procesu glikozylacji białek przez
kaskadę cAMP. Postepy Biochem 60: 305-312
10.Dell A, Morris HR (2001) Glycoprotein structure determination by
mass spectrometry. Science 291: 2351-2359
11.Taylor ME, Drickamer K (2003) Introduction to glycobiology. Oxford
University Press, Nowy Jork
136
13.Lauc G, Rudan I, Campbell H, Rudd PM (2010) Complex genetic regulation of protein glycosylation. Mol BioSyst 6: 329-335
14.Lauc G, Zoldos V (2010) Protein glycosylation - an evolutionary crossroad between genes and environment. Mol BioSyst 6: 2373-2379
15.Rudd PM, Merry AH, Dwek RE (2005) Roles for glycosylation in receptor - ligand interactions in the immune system, W: Gòdia F, Fussengger M (red) Animal Cell Technology Meets Genomics. Springer
Netherlands, str. 31-42
16.Rudd PM, Wormald MR, Stanfield RL, Huang M, Mattsson N, Speir
JA, DiGennaro JA, Fetrow JS, Dwek RA, Wilson IA (1999) Roles for
glycosylation of cell surface receptors involved in cellular immune recognition. J Mol Biol 293: 351-366
18.Opdenakker G, Rudd PM, Wormald M, Dwek RA, Van Damme J
(1995) Cell regulate the activities of cytokine by glycosylation. FASEB
J 9: 453-457
19.Ryan SO, Cobb BA (2012) Host glycans and antigen presentation. Microbes Infect 14: 894-903
20.Gołąb J, Jakubiak M, Lasek W, Stokłosa T (2010) Immunologia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
21.Ryan SO, Cobb BA (2012) Roles for major histocompatibility complex
glycosylation in immune function. Semin Immunopathol 34: 425-441
22.Rudd PM, Elliott T, Cresswell P, Wilson IA, Dwek RA (2001) Glycosylation and the immune system. Science 291: 2370-2376
23.van der Steen P, Rudd PM, Dwek RA, Opdenakker G (1998) Concept
and principles of O-linked glycosylation. Crit Rev Biochem Mol Biol
33: 151-208
24.Dennis JW, Lau KS, Demetriou M, Nabi IR (2009) Adaptive regulation
at cell surface by N-glycosylation. Traffic 10: 1569-1578
25.Hsu DK, Chen HY, Liu FT (2009) Galectin-3 regulates T-cell functions.
Immunol Rev 230: 114-127
26.Lau KS, Partridge EA, Grigorian A, Silvescu CI, Reinhold VN, Demetriou M, Dennis JW (2007) Complex N-glycan number and degree of
branching cooperate to regulate cell proliferation and differentiation.
Cell 129: 123-134
27.Demotte N, Stroobant V, Courtoy P, van der Smissen P, Colau D, Luescher IF, Hivroz C, Nicaise J, Squifflet JL, Mourad M, Godelaine D,
Boon T, van der Bruggen P (2008) Resoring the association of the T cell
receptor with CD8 reverse anergy in human tumor-infiltrating lymphocytes. Immunity 28: 414-424
28.van Kooyk Y (2008) C-type lectins on dendritic cells: key modulators
for the induction of immune responses. Biochem Soc Trans 36: 14781481
29.Kumagai Y, Akira S (2010) Identification and functions of pattern-recognition receptors. J Allergy Clin Immunol 125: 985-992
30.Weber ANR, Morse MA, Gay NJ (2004) Four N-linked glycosylation
sites in human Toll-like receptor2 cooperate to direct efficiency biosynthesis and secretion. J Biol Chem 279: 34589-34594
31.Grygorowicz MA, Kozłowska E (2010) Udział receptorów TLR rozpoznających wzorce molekularne organizmów patogennych w
modulowaniu aktywności regulatorowych limfocytów T CD4+
CD25+FOXP3+. Post Mikrobiol 50: 141-154
32.Sun J, Duffy KE, Ranjith-Kumar CT, Xiong J, Lamb RJ, Santos J,
Masarapu H, Cunningham M, Holzenburg A, Sarisky RT, Mbow ML,
Kao C (2006) Structural and functional analyses of the human Toll-like
receptor 3: role of glycosylation. J Biol Chem 281: 11144-11151
33.Gińdzieńska-Sieśkiewicz E, Klimiuk PA, Domysławska I, Sierakowski S (2005) Zaburzenia glikozylacji immunoglobuliny G w przebiegu
reumatoidalnego zapalenia stawów. Postepy Hig Med Dosw 59: 485489
34.Jefferis R (2009) Glycosylation as a strategy to improve antibody-based
therapeutics. Nat Rev Drug Discov 8: 226-234
www.postepybiochemii.pl
35.Arnold JN, Saldova R, Hamid UMA, Rudd PM (2008) Evaluation of
the serum N-linked glycome for the diagnosis of cancer and chronic
inflammation. Proteomics 8: 3284-3293
47.Clark MC, Baum LG (2012) T cell modulate glycans on CD43 and Cd45
during development and activation, signal regulation, and survival.
Ann N Y Acad Sci 1253: 58-67
36.Kaneko Y, Nimmerjahn F, Ravetch JV (2006) Anti-inflammatory activity of immunoglobulin G resulting from Fc sialylation. Science 313:
670-673
48.Daniels MA, Hogquist KA, Jameson SC (2002) Sweet ‘n’ sour: the impact of differential glycosylation on T cell responses. Nat Immunol 3:
903-910
37.Tulp A, Barnhoorn M, Bause E, Ploegh H (1986) Inhibition of N-linked
oligosaccharide trimming mannosidases blocks B cell development.
EMBO J 5: 1783-1790
49.Camby I, Le Mercier M, Lefranc F, Kiss R (2006) Galectin-1: a small
protein with major functions. Glycobiology 16: 137R-157R
38.Dall’Olio F, Vanhooren V, Chen CC, Slagboom PE, Wuhrer M, Franceschi C (2013) N-glycomic biomarkers of biological aging and longevity: a link with inflammaging. Ageing Res Rev 12: 6856-6898
39.Vanhooren V, Dewaele S, Libert C, Engelborghs S, De Deyn PP, Toussaint O, Debacq-Chainiaux F, Poulain M, Glupczynski Y, Franchesch
C, Jaspers K, van der Plujm I, Hoeijmakers J, Chen CC (2010) Serum
N-glycome profile shift during human ageing. Exp Gerontol 45: 738743
40.Gala FA, Morrison SL (2002) The role of constant region carbohydrate
in the assembly and secreted of human IgD and IgA. J Biol Chem 277:
29005-29011
41.Takahashi K, Smith AD, Poulsen K, Kilian M, Julian BA, Mestecky J,
Novak J, Renfrow MB (2011) Naturally occurring structural isomers in
serum IgA1 o-glycosylation. J Proteome Res 11: 692-702
42.Smith AC, de Wolff JF, Molyneux K, Feehally J, Barratt J (2006) O-glycosylation of serum IgD in IgA nephropathy. J Am Soc Nephrol 17:
1192-1199
43.Gornik O, Lauc G (2008) Glycosylation of serum protein in inflammatory disease. Dis Markers 25: 267-278
44.Gornik O, Gornik I, Kolednjak IZ, Lauc G (2011) Change of transferin sialylation differs between mild sepsis and serve sepsis and septic
shock. Intern Med 50: 861-869
45.van den Steen P, Rudd PM, Dwek RA, Van Damme J, Opdenakker G
(1998) Cytokine and protease glycosylation as regulatory mechanism
in inflammation and autoimmunity. Adv Exp Med Biol 435: 133-143
46.Tominaga A, Takahashi T, Kikuchi Y, Mita S, Naomi S, Harada N,
Yamaguchi N, Takatsu K (1990) Role of carbohydrate moiety of IL-5.
Effect of tunicamycin on the glycosylation of IL-5 and the biologic activity of deglycosylated IL-5. J Immunol 144: 1345-1352
50.Hernandez JD, Baum LG (2002) Ah, sweet mystery of death! Galectins
and control of cell fate. Glycobiology 12: 127R-136R
51.Earl LA, Baum LG (2008) CD45 glycosylation controls T-cell life and
death. Immunol Cell Biol 86: 608-615
52.Xue J, Gao X, Fu C, Cong Z, Jiang H, Wang W, Chen T, Wei Q, Qin
C (2013) Regulation of galectin-3-induced apoptosis of Jurkat cells by
both O-glycans and N-glycans on CD45. FEBS Lett 587: 3986-3994
53.Haslam SM, Julien S, Burchell JM, Monk CR, Ceroni A, Garden OA,
Dell A (2008) Characterizing the glycome of the mammalian immune
system. Immunol Cell Biol 86: 564-573
54.van Kooyk Y, Rabinovich GA (2008) Protein-glycan interaction in the
control of innate and adaptive immune system. Nat Immunol 9: 593601
55.Marquardt T, Luhn K, Srikrishna G, Freeze HH, Harms E, Vestweber
D (1999) Correction of leukocyte adhesion deficiency type II with oral
fucose. Blood 94: 3976-3985
56.Rabinovich GA, Baum LG, Tinari N, Paganelli R, Natoli C, Liu FT,
Iacobelli S (2002) Galectins and their ligands: amplifiers, silencers or
tuners of the inflammatory response? Trends Immunol 23: 313-320
57.Pokrywka M, Lityńska A (2010) Budowa i funkcje biologiczne galektyny-3. Część 1. Postepy Biol Komorki 37: 677-684
58.Ip WK, Takahashi K, Ezekowitz RA, Stuart LM (2009) Mannose-binding lectin and innate immunity. Immunol Rev 230: 9-21
59.Klaska I, Nowak JZ (2007) Rola układu dopełniacza w fizjologii i patologii. Postepy Hig Med Dosw 61: 167-177
60.Baum LG (2002) Developing a taste for sweets. Immunity 16: 5-8
61.Sharon N, Lis H (1989) Lectins as cell recognition molecules. Science
246: 227-234
The role of protein glycosylation in immune system
Marta Ząbczyńska, Ewa Pocheć
Department of Glycoconjugate Biochemistry, Institute of Zoology, Jagiellonian University, 9 Gronostajowa St., 30-387 Krakow, Poland

e-mail: [email protected]
Key words: N-glycosylation, immune system, MHC, TCR, antibody, endogenous lectin
ABSTRACT
Glycosylation is one of the most frequent post-translational modifications of proteins. The majority of cell surface and secreted proteins involved in immune response is glycosylated. The structural diversity of glycans depends on monosaccharide composition, type of glycosidic
linkage and branching. These structural modifications determine a great variability of glycoproteins. The oligosaccharide components of
proteins are regulated mostly by expression of glycosyltransferases and glycosidases and many environmental factors. Glycosylation influences the function of all immune cells. Glycans play a crucial role in intercellular contacts and leukocytes migration. These interactions are
important in activation and proliferation of leukocytes and during immune response. The key immune proteins, such as TCR, MHC, TLR and
antibodies are glycosylated. Sugars on the surface of pathogens and self-surface glycoproteins are recognized by special carbohydrate binding
proteins called lectins. Changes of glycan structure are common in many pathological processes occurring in immune system, therefore they
are used as molecular markers of different diseases.
Postępy Biochemii 61 (2) 2015
137