GLKOPROTEN VE GAG Uzm Dr OKHAN AKIN Glikoproteinler

GLİKOPROTEİN VE GAG Uzm. Dr. OKHAN AKIN

Glikoproteinler: Oligosakkaridlere kovalent olarak bağlı proteinlerdir. Glikoproteinlerin karbonhidrat zinciri genellikle dallıdır ve negatif yüklü olmayabilir. Karbonhidrat içerikleri ağırlık olarak %1’den %85’e kadar değişir. Proteoglikan: Proteinlere kovalan olarak bağlanmış glukozaminoglikanlardır. Proteoglikanların ise karbonhidrat içerikleri %95’ler oranındadır.

Glukozaminoglikan (GAG): Proteoglikanların karbonhidrat kısımlarıdır. Bunlar glikoproteinlerin karbonhidratlarından farklı olarak düz zincirli yapılardır. Yapıları oldukça basittir. Tekrarlayan disakkarid ünitelerinden oluşmuş yapıladır. Glikoproteinlerin karbonhidrat kısmı genelde nötr yapılarken GAG’lar üzerlerinde çok fazla negatif yük taşıyan yapılardır. Negatif yükleri yapılarındaki üronik asitlerin karbonil grubundan ve sülfat gruplarından kaynaklanır.

Glikoproteinler tarafından gerçekleştirilen bazı işlevler Çatı molekülü Kollajenler Kaydırıcı ve koruyucu ajan Müsinler Taşıma molekülü İmmünolojik moleküller Hormon Enzim Özgül kh’larla etkileşim Transferrin, serüloplazmin Ig, doku uyuşmazlık antijenleri h. CG, TSH ALP Bazı lektinler

Hücre zarındaki glikoproteinlerin görevleri: • Hormon, virüs ve başka hücrelerce Hücrenin tanınmasını sağlarlar (LFA-1, Mac-1, ICAM 1 -2, PECAM 1, ZP-3). • Hücre yüzeyi antijenlerini oluşturur (kan grubu antijenleri gibi). • Hücre dışı matriks elemanı olarak görev yaparlar. • Gastrointestinal ve genitoüriner sistemde müsin salgısı olarak biyolojik koruyucu kaygan yapıyı oluşturmak.

Glikoproteinler yapısal olarak 3 ana sınıfa ayrılabilir: • Karbonhidratların, proteinin serin, treonin gibi OH grubu içeren aminoasidine bağlanmasıyla oluşan O -bağlı glikoproteinler • Karbonhidratların, proteinin asparajin aminoasidinin amid azotuna bağlanması ile oluşan N-bağlı glikoproteinler • Glikozilfosfatidil inozitol (GPI) yardımıyla proteinin karboksil ucu aminoasidine bağlanmış olanlar. Bu yapıda GPI’e bağlanmış karbonhidratlar fosfatidiletanolamin yardımı ile amid bağıyla proteinin karboksil ucuna bağlanır. Bu oluşan glikoprotein yapıda GPI’nın yağ asitleriyle plazma membranına bağlanır. Örnek asetilkolinesterazın eritrosit membranına, alkalen fosfatazın barsak ve plasentaya, 5’nükleotidazın hücrelere bağlanması bu yolla olmaktadır.

Serin Treonin Tirozin Asparajin OH N Glukoz Galaktoz O-bağlı glikoproteinler N-bağlı glikoproteinler DOLİKOL-P RETİNİL-P

Serin Treonin Tirozin Asparajin OH N Glukoz Amid bağı Glukoz Galaktoz O-bağlı glikoproteinler N-bağlı glikoproteinler Fosfatidil etanolamin Glukoz Galaktoz Glikozilfosfatidil inozitol (GPI) GPI’nin yağ asitleri ile membrana tutunur

Glikoproteinlerin karbonhidrat içerikleri L-fukoz, L-arabinoz ve L-iduronik asid hariç genellikle D-heksozlardan (ve bazende nöraminik asid eklenmiştir) oluşan dallı heteropolisakkariddir. • Oligosakkaridler proteinlere N veya O glikozid bağı ile bağlıdır. N glikozid bağında şeker asparajin aminoasidinin yan zincirinin amid grubuna, O glikozid bağında ise serin, treonin aa’lerinin R grubunun OH’li ile bağlanır Bir glikoprotein O ve N glikozid bağlarının sadece bir tipini içerebildiği gibi her ikisinide içerebilir.

• O glikozid bağları genel olarak membranda bulunan proteinler, müsinler, proteoglikanlar, kollajenler, nükleer proteinler ve sitozolik proteinlerde yer alır. • N-glikozid bağı içeren oligo sakkaridler, kompleks oligosakkaridler (ki bunlar ayrıca N-asetilglukozamin, L-fukoz, NANA gibi şekerler içerebilir) ve çok mannoz içerikli oligosakkaridler olarak ikiye ayrılır.

Sentez: • Önce GER’da oligosakkaridlerin bağlanacağı protein sentezlenir ve ER lümenine verilir. • Proteinler ER’dan golgiye doğru hareket ettikçe şekerler proteinlere Glikotransferazlar’ca eklenir. • Proteinlere şeker grupları UDP-glukaz, UDPgalaktoz, UDP-N-asetil glukozamin, N-asetil galaktozamin, GDP-mannoz, GDP-L-fukoz, CDP-N asetil nöraminik asidden sağlanır.

Sentez sırasında “Dolikol fosfat” ve “retinil fosfat” olmak üzere karbonhidrat birimi taşıyıcısı olan 2 önemli molekül bulunmaktadır: • Dolikol fosfat kolesterol sentezinde oluşan izoprenoid birimlerden sentezlenir. • Dolikol fosfat endoplazmik retikulumda yer alır • Retinil fosfat ise A vitamini türevidir. • Her ikiside lipid yapılıdır. • Retinil fosfat normal gelişim için gerekli olan glikoproteinlerin sentezinde ve mukus sentezinde önemlidir. • Dolikol fosfat da N-asetilglukozamin ve mannoz transfer reaksiyonlarına katılır. • Özellikle N-bağlı glikozidlerin sentezinde dolikol ve retinil fosfata gereksinim vardır. O-bağlılar gereksinim göstermez.

• Golgide ECL alana salınacak olan proteinler lümende serbest olarak bulunurken, hücre zarı yapısına katılacak olanlar, golgi zarına katılırlar.

• Golgide işleme tabi tutulan N-bağlı glikoproteinler mannizol kalıntılarından fosforillenebilir. Golgide bulunan mannoz 6 -fosfat reseptörleri, bu yapıların mannoz 6 -fosfat kalıntılarını bağlayarak lizozomlara gitmelerine neden olur. • Glikolizasyonu inhibe eden moleküller: Tünikamisin, deoksinojerimisin, swainzonin’dir (N-glikozillenmeyi inhibe ederler).

İnhibitör Etki yeri Tunikamisin Dolikol-P’a şeker bağlanmasını inhibe eder Deoksinojerimisin Glikozidaz inhibitörü Swainzonin Mannozidaz inhbitörü I-II II

I-Cell hastalığı: • Mannozu fosforilleme yeteneği bozulmuştur. • İskelet anomalileri, eklemlerde hareket kısıtlılığı, kaba yüz görünümü ve ağır psikomotor bozukluk oluşur. • Genelde 8 yaş civarında ölüm oluşur. • I-hücre hastalarından elde edilen hücre kültürleri normal lizozomal enzimlerin hemen tümünden eksik bulunmuştur. Hastaların serum örneklerinde ise bu lizozomal enzimlerin çok yüksek düzeylerde bulunduğu saptanmıştır. Yani lizozomal enzimler sentezlenmekte fakat lizozom içine verilememekte, dolaşıma salınmaktadır. • yalancı Hurler polidistrofisi I-hücre hastalığı ile yakından ilişkilidir fakat hastalığın seyri hafifdir ve hastalar genelde erişkin yaşa kadar ulaşırlar.

Glikoprotein sentez bozukluklarına bağlı oluşan hastalıklar Kanser Hücre yüzey glikanlarında dallanma artışı metastaz oluşumunda önemlidir CDGS (karbonhidrattan Özellikle merkezi sinir yoksun glikoprotein sendromu) sistemini etkileyen N-glikan sentez bozuklukları HEMPAS Özellikle eritrosit membranını etkileyen N-glikan sentez bozuklukları Paroksismal hemoglobinüri I-cell hastalığı nokturnal Yıkım hızlandırıcı faktör (DAF) ve CD 59’un GPI çatılarının biyosentezindeki kazanılmış kusurlar. Lizozomal enzim sentezi bozukluğuna yol açan mannozun fosforillenme bozukluğu

Hastalık Enzim eksikliği Aspartilglukozaminüri 4 -L-Asparilglikozilaminohidrolaz -mannosidozis -mannosidaz -mannosidozis -mannositoz GM 2 gangliosidozis varyant O -N-asetilheksozaminidaz. A (Sandhoff-Jatzkewitz hastalılı) ve B GM 1 gangliosidozis -galaktosidaz Mukolipidozis I (sialidozis) Sialidaz Fukosidozis -fukasidaz

GLİKOZAMİNOGLİKANLAR(GAG) • GAG: Tekrarlayan disakkarid ünitelerinden oluşmuş, lineer polimer olan heteropolisakkaridlerdir. Glikoproteinlerin karbonhidrat kısmı genelde nötr yapılarken GAG’lar üzerlerinde çok fazla negatif yük taşıyan yapılardır. Negatif yükleri yapılarındaki üronik asitlerin karbonil grubundan ve sülfat gruplarından kaynaklanır.

Özelliklerİ: • Bu kompleksler negatif yükleri nedeni ile sıvı ortamda birbirlerini iterler ve çevrelerinde bir su örtüsü vardır. Büyük miktarlarda su bağlama yeteneğine sahip GAG’lar “ground substance” denilen jel bir matriks oluştururlar. Müküs sekresyonların visköz, kaygan özelliği GAG’ların varlığına bağlıdır. • GAG solüsyonu basıya uğradığı zaman su ayrılır ve daha küçük hacmi işgal eder. Bası kalkınca eski haline gelir. Bu özellik aköz humör ve synovial sıvının esnekliğini sağlar.

GAG’lar: • Dokunun, hücre ve fibröz kompenentlerinin kararlılığını sağlar. • Aynı zamanda vücudun tuz ve su dengesinide sağlamaktadırlar. • Örnek; deri, tendon, kıkırdak, bağlar ve kemik matriksin bağ dokusu, ground substance’da dağılmış, çözünmez proteinlerden oluşur.

GAG ve/veya proteoglikanların bazı işlevleri Ekstrasellüler alanın yapısal bileşenidir Kollajen, elastin, fibronektin, laminin ve gelişme faktörleri gibi diğer proteinlerle etkileşirler Polianyon olarak polikatyonları bağlarlar Dokuların karakteristik turgoruna katkıda bulunur Ekstrasellüler alanın süzgeç gibi davranmasını sağlar Hücre göçünü kolaylaştırır (HA) Korneal saydamlığı sağlar (KS, DS) Sklerada yapısal rol oynar (DS) Antikoagülen olarak davranır (heparin) Plazma zarı bileşenidir ve reseptör olarak davranır. Hücre yapışmasına ve hücre-hücre etkileşimine katılır. (HS) Böbrek glomerülü yük seçiciliğini belirler (HS)

• GAG’lar uzun, çoğunlukla dallanmamış ve genellikle tekrarlayan disakkarit birimlerinden (asit şeker-amino şeker) oluşmuş heteropolisakkarid zincirleridir. • Amino şekerler genellikle pozitif yükü kaldırılmış D-glukozamin veya D-galaktozamindir. • Asit şekerler genellikle D-glukronik asit ve L-iduronik asittir. • Tek istisna asidik şeker yerine galaktoz içeren keratindir.

Kondraitin 4 ve 6 sülfat: • • • Disakkarid ünitesi: N-asetilgalaktozamin ve glukronik asit Vücutta en fazla bulunan GAG En kısa polisakkarit zincire sahip olan GAG’dır. Kartilaj, tendon, ligament, kemik, kornea ve aortada yer alır Proteoglikan kümeleri oluşturur Kartilajda kollajeni bağlar ve lifleri sıkı ve kuvvetli bir ağ şeklinde tutar

Keratan sülfat: • • Disakkarid ünitesi: N-asetilglukozamin ve galaktoz (uronik asit yoktur) En heterojen GAG Kondroitin sülfatla beraber kartilajda yer alır Korneada ve gevşek bağ dokuda bulunur

Hiyalüronik asit: • • • Disakkarid ünitesi: N-asetilglikozamin ve glukronik asit Diğer GAG’lardan farkı sülfatlanmamıştır, proteine kovalent olarak bağlı değildir Embriyonik dokularda özellikle fazladır. Morfogenez ve yara onarımında hücre göçünde rol oynar. En fazla karbonhidrat içeren ve molekül ağırlığı en fazla olan GAG’dır. Kayganlık sağlar ve darbelerin etkisini azaltır Synovial sıvı, aköz hümor, kordon kanında ve gevşek bağ dokuda bulunur.

Dermatan sülfat: • • • Disakkarid ünitesi: N-asetilgalaktozamin ve Liduronik asit (değişik miktarlarda glukronik asidle beraber). Heparin benzeri antitrombik etkisi vardır. Fakat heparinden farklı olarak minimal tam kan antikoagülan ve kan lipid temizleyici aktiviteleri bulunur. Arter düz kas hücrelerinin sentezlediği ana GAG’dır. Plazmada LDL’ye bağlanır ve aterosklerozda önemli olabilir. Korneada keratan sülfatla beraber korneal saydamlıkta rol oynar. Sklerada yapısal rol oynar Deri, kan damarı ve kalp kapakcıklarında bulunur

Heparin: • • Disakkarid ünitesi: glukozamin ve glukronik asid veya iduronik asit Diğer GAG’lardan farklı olarak arterlerin ve diğer hücre içi hücrelerin bileşiğidir En fazla sülfatlı formdur. • Mast hücreleri, AC, KC ve deride yer alır • • Antikoagülandır ve lipid temizleyici etkisi bulunmaktadır. Faktör IX ve XI’e bağlansa da en önemli etkileşimi plazma antitrombin III’le gösterir.

Heparin sülfat: • • Disakkarid ünitesi heparinle aynıdır Bazal membranlarda ve tüm hücre yüzeylerinde bulunan ekstrasellüler GAG’dır. Tip IV kollajen ve lamininle beraber glomerul bazal membranının bileşenidir. Lipoprotein lipaz enzimi heparan sülfata bağlı olarak bulunur.

Ekstraselliler matriksin diğer glikoproteinleri Fibronektin: • Kollajen sentezleyen hücreler hücre yüzeyinde, hücre dışı yatakta ve kanda bulunan iri bir glikoprotein olan fibronektin salgılarlar. • Fibronektin suda çözünür halde bulunur. Fibronektin heparin, fibrin, kollajen, heparan sülfat, DNA ve integrinler adı verilen bir grup proteinle etkileşir. • Hücre adezyonu ve göçüne katılır. • Hücre haberleşmesine katılırlar.

Laminin: • Böbrek glomerülleri ve bazal laminanın ana glikoproteinidir. • Bazal laminanın yapı taşları laminin, entaktin, tip IV kollajen, heparin ve heparan sülfattır. • Laminin üç ayrı polipeptid zincirinden oluşur. Hücre yüzeylerindeki tip IV kollajen, heparin ve integrinlere ait bağlanma bölgeleri bulunur.

Fibrillin: • Bir çok dokuda yer alan iri bir glikoproteindir ve mikrofibrillerin yapı taşıdır. • Fibroblastlar tarafından salgılanır ve elastin depolanmasını sağlamak üzere mikrofibrillerin içinde bir çatı oluşturur. Entaktin glikoprotein yapıdadır, laminine bağlanır ve hücre bağlanma faktörü olarak iş yapar.

• İNTEGRİN: Heterodimerik proteinlerdir. Her bir alt birimi tek bir transmembraner hidrofobik sarmalla hücre zarına tutunur. ve alt üniteleri hücre dışında birleşir ve kollajen ve fibronektin gibi hücre dışı proteinler için özgün bağlanma bölgeleri oluşturur. İntegrinler aynı zamanda reseptör ve sinyal ilertici olarakda görev yapar. İntegrinler yara bölgesinde trombosit agregasyonu, doku tamiri, immün hücrelerin aktivitesi ve dokunun tümörle invazyonunu içeren çeşitli olayların düzenlenmesine katılır.

Fruktoz 6 fosfat: N-asetilglukozamin ve N-asetil nöraminik asitin öncül molekülüdür.

UDP-Glukoz L-gulonolakton oksidaz enzimi insanlarda yoktur. Bu nedenle C vitamini esansiyeldir. 2 NAD + H 2 O UDP-Glukoz dehidrogenaz 2 NADH + 3 H UDP-Glukronik asid H 2 O D-Glukronat L-Gulonolakton UDP L-Ksililöz GAG sentezi L-ASKORBİK ASİD İlaç, toksin ve bilirubinlerin glukronidizasyonu Ksilitol Besin D-Ksililöz 5 -P NADP bağımlı ksilitol dehidrogenaz ·Eksikliğinde esansiyel pentozüri görülür. ·İdrarda bolca L-ksililöz bulunur ·Askenazi yahudilerinde çok sık izlenen asemptomatik genetik özelliktir. HMY Şekil: Glikozdan glukronik asid sentezi ve Uronik asid yolu.

• Hiyalüronik asid hariç GAG molekülleri sülfatlanmıştır. Sülfatın kaynağı 3’-fosfoadenozil 5’-fosfosülfattır (PAPS). Sülfotransferaz enzimleri ile gerçekleştirilir. PAPS aynı zamanda “sülfatid” (sülfatlanmış glikosfingolipid) sentezinde de kullanılır. • GAG yıkımı: GAG’lar lizozomlarda yıkılır. Yarı ömrü 120 gün olan keratan sülfat hariç GAG’ların yarılanma ömrü kısadır. • Hyalüronidaz enzimi eksikliği yok

Mukopolisakkaridozlar: • Hunter sendromu hariç hepsi OR’dir. • Prenatal tanıları vardır fakat etkin tedavileri yoktur. • GAG yıkımında rol alan enzimler aynı zamanda glikolipid ve glikoprotein yıkımında da rol alırlar. Bu nedenle mukopolisakkaridozis vakalarında aynı zamanda lipidozis ve glikoprotein oligosakkaridozisde görülür.

• Nörolojik disfonksiyon ve yıkım, hepatosplenomegali ve / veya iskelet disostosisi ve progresif hastalık mukopolisakkaridozisi düşündürür. • Hastalarda tipik olarak kaba yüz görünümü, korneal bulanıklık, organomegali, eklem katılığı, iskelet deformiteleri, kısa boy, herniler ve bazı hastalarda mental retardasyon oluşur. • GAG’lar konnektif dokunun temel bileşenlerinden olduğu için, mukopolisakkaridozislerde kemik değişiklikleri karakteristiktir. Röntgenogramlarda izlenen değişikliklerin hepsi birden “Disostosis Multipleks” olarak refere edilir. • Hastalarda ek olarak kardiovasküler sistem, karaciğer, dalak, tendonlar, eklemler ve ciltte yaygın olarak etkilenmektedir.

• Dermatan sülfat, heparan sülfat ve keratan sülfat mukopolisakkaridozis patogenezine katılan temel GAG’lardır. • Scheie hariç tüm tipler yaşamı kısaltır. • Tüm tiplerde iskelet anomalileri vardır ama en şiddetli olarak Tip IV ve VI’da izlenir. • Tip IH, IS, IV, VII’de korneal bulanıklık izlenir. • Tip IH, II III ve VII’de (VII’de hafif olmak üzere) zeka geriliği bulunur. • Tip IS, IV, VI ise normal zekalıdır. • Tüm tiplerde eksik olan enzim “asit hidrolazlar”dır. Sadece Sanflippo Tip. C’de “Asetil transferaz” eksiktir.

Tanıda: • Lizozomal enzim düzeyi ölçülür. • Periferal kanda vokuollü lenfositler vardır • Hunter sendromunda yaygın vokuollü hücreler diğer bir isimlendirme ile “Gargoyle hücralari” izlenir. • İdrarda GAG’lara rastlanır

Hurler sendromu (MPS I H): • -L-iduronidaz eksiktir en şiddetli formdur. • İlk dekatta multiple progresif organ yetmezliği, mental retardasyon ve ölümle karakterizedir. • Hasta doğumda normaldir, büyüme ilk yılda hızlanmış olarak izlenir, daha sonra yavaşlar ve kısa boy meydana gelir. • Tanı yaklaşık olarak iki yaşda organomegali, korneal bulanıklık, kaba yüz görünümü, iri dil, disostosis multipleks ve eklem katılığı ile konulur. • Gelişme geriliği yaklaşık olarak 12 -28 aylarda oluşur ve zeka gittikçe geriler • Ek olarak işitme kaybı, kronik respiratuar enfeksiyonlar, valvüler kalp hastalıkları ve artmış intracranial basınç izlenir. • Koroner arterlerde birikimi iskemi ve erken ölüme (10 yaş altında) neden olur. • Dermatan sülfat ve heparan sülfat yıkımı engellenmiştir.

Scheie sendromu (MPS IS): • -L-iduronidaz eksiktir. • Hastalarda korneada bulanıklık, eklem katılığı, aort kapak hastalığı oluşur. • Hastalar normal zeka ve yaşam süresine sahiptir. • Hastalarda dermatan sülfat ve heparan sülfat birikir. • MPS 1 H/S Hunter-Scheie sendromu: Orta fenotipte

Hunter sendromu (MPS II): • İduronat sülfataz eksiktir • X’e bağlı olarak kalıtılır. • Değişik derecelerde olabilir. Korneal bulanıklık yoktur, işitme kaybı sıktır, fiziksel deformite, kaba yüz, eklem katılığı ve zeka geriliği olur • hepatosplenomegali ve iskelet deformiteleri +++ bulunur. Retinal dejenerasyon izlenir. • Dermatan sülfat ve heparan sülfat yıkımı engellenmiştir. • Hastalar şiddetli tipinde genelde 15 yaş öncesi ex olurlar. MPS 1 H’den daha hafiftir. • Orta şiddetteki tipinde ise 30 -60 yaşa kadar yaşarlar.

Sanflippo Sendromu (MPS III tip A-D): • Tip A heparin sülfamidaz eksik • Tip B ve D’de N-asetil glukozaminidaz eksikliği • C’de asetil transferaz eksikliği vardır • Klinik bulgular geç infant döneminde çıkar. • Etkilenen çocuklar hiper aktiftir. • Organomegali ve iskelet deformiteleri + düzeydedir. • Göz bulguları yoktur. • Hastalarda ağır sinir sistemi bozuklukları ve zeka geriliği görülür. • Heparan sülfat birikir.

Morquio Sendromu (MPS IV) • OR kalıtılır • IVA’da galaktoz 6 -sülfataz eksiktir, şiddetli kemik deformiteleri, korneal bulanıklık, aort yetmezliği, diş mine tabakası ince olması ve servikal myopati izlenir. • IVB’de -galaktozidaz eksiktir. Orta derecede kemik deformiteleri, bulanık kornea servikal myopati izlenir. • Mental retardasyon ve organomegali yoktur • İskelet displazileri ++++ olarak ortaya çıkar • Hastalarda en ciddi komplikasyon atlantaaxiyal dislokasyona bağlı bası olmasıdır • Hastalarda keratan sülfat ve kondroitin sülfat birikir.

Morateaux-Lamy Sendromu MPS VI • Hastalarda arilsülfataz B eksiktir ve dermatan sülfat birikir. • Normal zekalıdırlar ve 20’li yaşlara kadar yaşarlar • Şiddetli kemik ve korneal değişiklikler, valvüler kalp hastalıkları, lökositlerde inklüzyonlar ve kaba yüz görünümü izlenir. • Organomegali ++, iskelet displazileri ++++ düzeydedir.

Sly sendromu (MPS VII): • -glukronidaz eksikdir • HPSM +++, fiziksel deformiteler ve dizostozis multipleks +++ izlenir • Korneal bulanıklık olur • Hastalarda Dermatan sülfat ve heparan sülfat yıkımı engellenir. • En nadir tiptir