PROTEOGLICANI: STRUTTURA, CARATTERISTICHE, FUNZIONE, ESEMPI - BIOLOGIA - 2025

I proteoglicani sono proteine ​​glicosilate, generalmente associate a sostituenti glicosaminoglicani (GAG) anionici. Di solito si trovano all'esterno della membrana cellulare o "riempiono" lo spazio extracellulare, quindi fanno parte di molti tessuti connettivi.

Di queste macromolecole complesse, le più studiate e analizzate sono state quelle delle cellule della cartilagine negli animali vertebrati, poiché la matrice extracellulare in queste comprende più del 90% del peso secco del tessuto che compongono, dove influenzano, tra le altre cose, resistenza alla compressione.

Struttura della matrice extracellulare che costituisce la cartilagine ialina (Fonte: vedi pagina per l'autore / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) tramite Wikimedia Commons)

Strutturalmente, i proteoglicani contribuiscono all'organizzazione della matrice extracellulare, che conferisce a molti singoli tessuti o cellule le loro proprietà fisiche più distintive. Inoltre, questi sono importanti per molti eventi di comunicazione e segnalazione intercellulare.

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

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

Struttura e caratteristiche dei proteoglicani

I proteoglicani sono proteine ​​glicosilate sulla superficie extracellulare, sebbene ve ne siano alcuni che possono essere trovati nei compartimenti intracellulari. Sono generalmente molecole molto abbondanti, ma la loro abbondanza dipende dal tipo di cellula considerata.

Normalmente, la porzione di carboidrati di un proteoglicano è costituita da molecole di glicosaminoglicano, che sono polisaccaridi lineari composti da disaccaridi ripetuti, solitamente di un ammino zucchero acetilato che si alterna con acido uronico.

La sua struttura generale, quindi, è costituita da un "nucleo" proteico che può associarsi a più di 100 catene di glicosaminoglicani non ramificate, legate da O-glicosilazione.

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 diverse classi di glicosaminoglicani, ovvero:

Proteina

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

- Proteine ​​legate covalentemente agli ancoraggi del glicosilfosfatidilinositolo (GPI))

Glucosaminoglicani

- Ialuronano (HA)

- Condroitin solfato (CS)

- Keratan solfato (KS)

- Dermatan solfato (DS)

- Eparan solfato (HS)

Schema dei proteoglicani e alcune combinazioni di glicosaminoglicani (Fonte: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) tramite Wikimedia Commons)

Alcuni proteoglicani come i sindecani, che sono proteine ​​transmembrana, sono attaccati a 2 catene di eparan solfato e 1 di condroitin solfato; Nel frattempo, un altro proteoglicano, l'aggrecan (specifico della cartilagine) ha circa 100 catene di condroitin solfato e 30 di cheratan solfato.

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

Funzione

Le loro funzioni dipendono dalle caratteristiche strutturali dei proteoglicani. Ciò è particolarmente vero per quelle caratteristiche che sono legate alla porzione di glicosaminoglicano, poiché queste molecole sono ciò che consente alla proteina di interagire con altri elementi sulla superficie cellulare.

Quelle proteine ​​ricche di residui di eparan solfato possono legarsi con relativa facilità a diversi fattori di crescita, ad altri componenti della matrice extracellulare, ad enzimi, inibitori della proteasi, chemochine, ecc., Quindi svolgono un ruolo fondamentale nella trasduzione di segnali all'ambiente intracellulare.

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

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

Un esempio di questi è la sindrome di Simpson-Golabi-Behmel (GBS), caratterizzata da esagerata crescita prenatale e postnatale, difetti alla nascita e suscettibilità alla formazione di tumori associata a mutazioni in un proteoglicano ricco di eparan solfato. e ancorato da GPI.

Principali proteoglicani delle arterie e dei vasi sanguigni. Viene mostrato il peso molecolare del nucleo proteico (Fonte: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) tramite Wikimedia Commons)

Funzioni cellulari

Praticamente tutti i processi cellulari che coinvolgono interazioni molecolari sulla superficie cellulare, come le interazioni cellula-matrice, cellula-cellula e ligando-recettore, hanno a che fare, in un modo o nell'altro, con i proteoglicani, poiché sono in grado di legarsi a grandi 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, cioè eventi che hanno a che fare con movimenti ed estensioni o estensioni cellulari, i proteoglicani esercitano funzioni molto attive.

Queste proteine ​​glicosilate partecipano anche ai processi di adesione, proliferazione e costituzione della forma cellulare e quelle che sono proteine ​​transmembrana che possiedono un dominio citosolico partecipano alla trasduzione e alle cascate di segnalazione.

Esempi di proteoglicani

Aggrecano

Aggrecan è il principale proteoglicano presente nel tessuto cartilagineo, che è associato a frammenti del glicosaminoglicano "ialuronico" (HA) nella matrice extracellulare dei condrociti.

Lo ialuronano è un glicosaminoglicano lineare composto da residui alternati di acido glucuronico e N-acetilglucosamina, che si trovano sia sulla superficie cellulare che nella matrice extracellulare e all'interno delle cellule.

Il legame dello ialuronano con l'aggrecan avviene attraverso una "proteina legante" che forma importanti aggregati con pesi molecolari fino a diversi milioni di dalton.

Molte malattie articolari legate all'età sono associate a una maggiore aggregazione di aggrecan e ialuronano.

Pelecano

Nei glomeruli renali, la membrana basale è costituita principalmente da un proteoglicano noto come pelecan, che è associato a porzioni di eparan solfato. Questo proteoglicano ha importanti funzioni come sito di selettività della carica anionica durante la filtrazione glomerulare.

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

Decorin

La decorina è un piccolo proteoglicano interstiziale ed è caratterizzato dall'avere una singola catena glicosaminoglicana 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.

Riferimenti

1. Godfrey, M. (2002). Matrice extracellulare. In Asma e BPCO (pp. 211-218). Academic Press.
2. Iozzo, RV e Schaefer, L. (2015). Forma e funzione dei proteoglicani: una nomenclatura completa dei proteoglicani. Matrix Biology, 42, 11-55.
3. Muncie, JM e Weaver, VM (2018). Le proprietà fisiche e biochimiche della matrice extracellulare regolano il destino cellulare. In Argomenti attuali in biologia dello sviluppo (Vol. 130, pp. 1-37). Academic Press.
4. Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, aprile). Funzioni cellulari dei proteoglicani: una panoramica. In Seminars in cell & developmental biology (Vol.12, No.2, pp. 65-67). Academic Press.
5. Petty, RE e Cassidy, JT (2011). Struttura e funzione. In Textbook of pediatric reumatology (pp. 6-15). WB Saunders.
6. Yanagishita, M. (1993). Funzione dei proteoglicani nella matrice extracellulare. Pathology International, 43 (6), 283-293.