GANGLIOSIDI: STRUTTURA, FUNZIONI, SINTESI E APPLICAZIONI - BIOLOGIA - 2024

I gangliosidi sono sfingolipidi di membrana appartenenti alla classe dei glicosfingolipidi acidi. Sono tra i glicolipidi più abbondanti e sono coinvolti nella regolazione di molte proprietà di membrana, nonché delle proteine ​​ad esse associate. Sono particolarmente abbondanti nei tessuti nervosi.

Sono caratterizzati dalla presenza di residui zuccherini con gruppi carbossilici (acidi sialici) e, insieme ai solfatidi, che contengono un gruppo O-solfato legato a un residuo di glucosio o galattosio. Rappresentano una delle due famiglie di glicosfingolipidi acidi negli eucarioti.

Esempio di struttura di un ganglioside (Fonte: Caitlin Sedwick, tramite Wikimedia Commons)

Il termine ganglioside fu coniato nel 1939 dal biochimico tedesco Ernst Klenk, quando si riferì a una miscela di composti estratti dal cervello di un paziente con malattia di Niemann-Pick. Tuttavia, la prima struttura di un ganglioside è stata delucidata nel 1963.

Condividono lo scheletro idrofobo della ceramide con gli altri sfingolipidi, che è composto da una molecola di sfingosina legata da un legame ammidico ad un acido grasso compreso tra 16 e 20 atomi di carbonio, con un doppio legame trans tra i carboni nelle 4 posizioni e 5.

Struttura

I gangliosidi sono caratterizzati dall'avere catene di oligosaccaridi nel loro gruppo di testa polare, nella cui composizione sono presenti molecole di acido sialico legate da legami β-glucosidici allo scheletro idrofobo della ceramide.

Sono molecole estremamente diverse in considerazione delle molteplici combinazioni possibili tra le catene oligosaccaridiche, i diversi tipi di acido sialico e le code apolari attaccate allo scheletro ceramidico, sia della sfingosina che degli acidi grassi legati da legami ammidici a detto scheletro.

Nel tessuto nervoso le catene di acidi grassi più comuni tra i gangliosidi sono rappresentate dall'acido palmitico e dall'acido stearico.

Caratteristiche del gruppo polare

La regione della testa polare di questi sfingolipidi conferisce loro un forte carattere idrofilo. Questo gruppo polare è molto voluminoso rispetto a quello dei fosfolipidi come la fosfatidilcolina, per esempio.

La ragione di questa massa ha a che fare con la dimensione delle catene di oligosaccaridi, così come la quantità di molecole d'acqua associate a questi carboidrati.

Struttura generale dei gangliosidi (Fonte: Ryan_1991, tramite Wikimedia Commons)

Gli acidi sialici sono derivati ​​dell'acido 5-ammino-3,5-dideossi-D-glicero-D-galatto-non-2-ulopiranosoico o acido neuraminico. Esistono tre tipi di acidi sialici noti nei gangliosidi: 5-N-acetile, 5-N-acetil-9-O-acetile e 5-N-glicolile derivato, che è il più comune negli esseri umani sani.

In generale, i mammiferi (compresi i primati) sono in grado di sintetizzare l'acido 5-N-glicolil-neuraminico, ma gli esseri umani devono ottenerlo da fonti alimentari.

La classificazione di questi lipidi può essere basata sia sul numero di residui di acido sialico (da 1 a 5), ​​sia sulla loro posizione nella molecola glicosfingolipidica.

La sequenza oligosaccaridica più comune è il tetrasaccaride Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, ma si possono trovare anche meno residui.

Caratteristiche

Le esatte implicazioni biologiche dei gangliosidi non sono state completamente chiarite, tuttavia, sembrano essere coinvolti nella differenziazione cellulare e nella morfogenesi, nel legame di alcuni virus e batteri e nei processi di adesione cellulare tipo-specifici come ligandi per le proteine. selectine.

Nel sistema nervoso

I glicosfingolipidi con acido sialico sono di particolare rilevanza nel sistema nervoso, specialmente nelle cellule della materia grigia del cervello. Ciò ha a che fare con il fatto che i glicoconiugati, in generale, sono riconosciuti come efficienti veicoli di informazione e stoccaggio per le cellule.

Si trovano prevalentemente nel monostrato esterno della membrana plasmatica, quindi hanno un'importante partecipazione nel glicocalice, insieme a glicoproteine ​​e proteoglicani.

Questo glicocalice o matrice extracellulare è essenziale per il movimento cellulare e l'attivazione delle vie di segnalazione coinvolte nella crescita, proliferazione e espressione genica.

Nella segnalazione cellulare

Come per altri sfingolipidi, anche i sottoprodotti della degradazione dei gangliosidi hanno importanti funzioni, soprattutto nei processi di segnalazione e nel riciclo di elementi per la formazione di nuove molecole lipidiche.

All'interno del doppio strato, i gangliosidi si trovano in gran parte nelle zattere lipidiche ricche di sfingolipidi, dove sono stabiliti "domini di segnalazione glico" che mediano anche le interazioni intercellulari e la segnalazione transmembrana mediante stabilizzazione e associazione con proteine ​​integrali. Queste zattere lipidiche svolgono importanti funzioni nel sistema immunitario.

Nella struttura

Promuovono la conformazione e il corretto ripiegamento di importanti proteine ​​di membrana, come il ganglioside GM1, nel mantenimento della struttura elicoidale della proteina α-sinucleina, la cui forma aberrante è associata al morbo di Parkinson. Sono stati anche associati alle patologie di Huntington, Tay-Sachs e morbo di Alzheimer.

Sintesi

La biosintesi dei glicosfingolipidi è fortemente dipendente dal trasporto intracellulare attraverso il flusso delle vescicole dal reticolo endoplasmatico (ER), attraverso l'apparato di Golgi e termina alla membrana plasmatica.

Il processo biosintetico inizia con la formazione dello scheletro di ceramide sulla faccia citoplasmatica del pronto soccorso. La formazione di glicosfingolipidi avviene successivamente nell'apparato di Golgi.

Gli enzimi glicosidasi responsabili di questo processo (glucosiltransferasi e galattosiltransferasi) si trovano sul lato citosolico del complesso di Golgi.

L'aggiunta dei residui di acido sialico alla catena oligosaccaridica in crescita è catalizzata da poche glicosiltransferasi che sono legate alla membrana, ma sono limitate al lato luminale della membrana di Golgi.

Diverse linee di evidenza suggeriscono che la sintesi dei gangliosidi più semplici si verifica nella regione iniziale del sistema della membrana di Golgi, mentre i più complessi si verificano nelle regioni più "tardive".

Regolamento

La sintesi è regolata in primo luogo dall'espressione delle glicosiltransferasi, ma possono essere coinvolti anche eventi epigenetici come la fosforilazione degli enzimi coinvolti e altri.

applicazioni

Alcuni ricercatori hanno focalizzato la loro attenzione sull'utilità di un particolare ganglioside, GM1. La tossina sintetizzata da V. cholera nei pazienti affetti da colera ha una subunità responsabile del riconoscimento specifico di questo ganglioside, che si presenta sulla superficie delle cellule mucose dell'intestino.

Pertanto, il GM1 è stato utilizzato per il riconoscimento dei marker di questa patologia in quanto è incluso nella sintesi dei liposomi utilizzati per la diagnosi del colera.

Altre applicazioni includono la sintesi di gangliosidi specifici e il loro legame a supporti stabili per scopi diagnostici o per la purificazione e l'isolamento di composti per i quali hanno affinità. È stato anche scoperto che possono fungere da marker per alcuni tipi di cancro.

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