Struktur matriks ekstraseluler yang membentuk tulang rawan hialin
Apa itu proteoglikan?
proteoglikan adalah protein glikosilasi, umumnya terkait dengan substituen glikosaminoglikan (GAG) anionik. Mereka biasanya ditemukan di luar membran sel atau “mengisi” ruang ekstraseluler, sehingga mereka adalah bagian dari banyak jaringan ikat.
Dari makromolekul kompleks ini, yang paling banyak dipelajari dan dianalisis adalah sel tulang rawan pada hewan vertebrata , karena matriks ekstraseluler di dalamnya terdiri lebih dari 90% dari berat kering jaringan yang mereka buat, di mana mereka mempengaruhi, antara lain, resistensi. untuk kompresi.
Secara struktural, proteoglikan berkontribusi pada organisasi matriks ekstraseluler, yang memberikan banyak jaringan atau sel individu sifat fisik mereka yang paling khas. Selanjutnya, ini penting untuk banyak komunikasi antar sel dan acara pensinyalan.
Mereka sangat melimpah, ada di mana-mana (ada dalam berbagai jenis sel) dan protein kompleks, yang fungsi biologis dan sifat biokimianya diturunkan secara mendasar dari karakteristik komponen karbohidratnya, yang memiliki kapasitas besar untuk hidrasi.
Mereka secara aktif berpartisipasi dalam komunikasi antar sel, dalam proses adhesi dan migrasi, dan juga terlibat dalam pengembangan berbagai jaringan pada hewan, seperti jaringan perineuronal dari sistem saraf .
Struktur dan karakteristik proteoglikan
Proteoglikan adalah protein glikosilasi pada permukaan ekstraseluler, meskipun ada beberapa yang dapat ditemukan di kompartemen intraseluler. Mereka umumnya molekul yang sangat melimpah, tetapi kelimpahannya tergantung pada jenis sel yang dipertimbangkan.
Biasanya, bagian karbohidrat dari proteoglikan terdiri dari molekul glikosaminoglikan, yang merupakan polisakarida linier yang terdiri dari disakarida berulang, biasanya dari gula amino asetat yang bergantian dengan asam uronat.
Oleh karena itu, struktur umumnya terdiri dari “inti” protein yang dapat berasosiasi dengan lebih dari 100 rantai glikosaminoglikan yang tidak bercabang, dihubungkan melalui O- glikosilasi.
Mereka adalah molekul yang cukup beragam dalam hal struktur, bentuk dan fungsi. Dalam sel hewan vertebrata, misalnya, telah diidentifikasi beberapa kombinasi berbagai jenis protein dan kelas glikosaminoglikan yang berbeda, yaitu:
protein
– Protein transmembran permukaan sel (matriks ekstraseluler)
– Protein yang terikat secara kovalen dengan jangkar glycosylphosphatidylinositol (GPI)
Glukosaminoglikan
-Hyaluronan (HA)
– Kondroitin sulfat (CS)
– Keratan sulfat (KS)
– Dermatan sulfat (DS)
– Heparan sulfat (HS)
Skema proteoglikan dan beberapa kombinasi glikosaminoglikan (Sumber: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) melalui Wikimedia Commons)
Beberapa proteoglikan seperti syndecanes, yang merupakan protein transmembran, terkait dengan 2 rantai heparan sulfat dan 1 kondroitin sulfat; Sementara proteoglikan lainnya, aggrecan (khusus tulang rawan) memiliki sekitar 100 rantai kondroitin sulfat dan 30 rantai keratan sulfat.
Dari uraian di atas, dapat dipahami bahwa karakteristik glikosilasi setiap protein, serta jenis sel tempatnya, adalah karakteristik yang menentukan identitas setiap proteoglikan pada permukaan sel.
Fungsi
Fungsi mereka tergantung pada karakteristik struktural proteoglikan. Hal ini terutama berlaku untuk karakteristik yang terkait dengan bagian glikosaminoglikan, karena molekul inilah yang memungkinkan protein berinteraksi dengan unsur lain pada permukaan sel.
Protein yang kaya akan residu heparan sulfat dapat berikatan dengan relatif mudah ke berbagai faktor pertumbuhan, ke komponen lain dari matriks ekstraseluler, ke enzim, protease inhibitor, kemokin, dll., Oleh karena itu, mereka memainkan peran mendasar dalam transduksi sinyal ke intraseluler. lingkungan.
Dengan demikian, proteoglikan dapat memenuhi fungsi struktural dalam matriks atau dapat memiliki fungsi yang lebih spesifik dalam transmisi pesan dari lingkungan ekstraseluler ke ruang sitosol.
Dalam beberapa tahun terakhir, minat dalam studi proteoglikan telah berkembang pesat, sebuah fakta yang terkait dengan penemuan pentingnya molekul-molekul ini dalam beberapa kondisi patologis pada manusia.
Contohnya adalah sindrom Simpson-Golabi-Behmel (GBSS), yang ditandai dengan pertumbuhan berlebihan sebelum dan sesudah kelahiran, cacat lahir, dan kerentanan terhadap pembentukan tumor yang terkait dengan mutasi pada proteoglikan yang kaya akan heparan sulfat. .
Proteoglikan utama arteri dan pembuluh darah. Berat molekul inti protein ditampilkan (Sumber: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) melalui Wikimedia Commons)
Fungsi sel
Hampir semua proses seluler yang melibatkan interaksi molekuler pada permukaan sel, seperti interaksi sel-matriks, sel-sel dan ligan-reseptor harus dilakukan, dalam satu atau lain cara, dengan proteoglikan, karena mereka mampu mengikat sejumlah besar molekul lain dan sangat melimpah di permukaan.
Selama perkembangan sistem saraf dan juga selama invasi tumor dan metastasis, yaitu peristiwa yang berkaitan dengan gerakan dan ekstensi atau perluasan sel, proteoglikan menjalankan fungsi yang sangat aktif.
Protein glikosilasi ini juga berpartisipasi dalam proses adhesi, proliferasi dan pembentukan bentuk sel, dan protein transmembran yang memiliki domain sitosol berpartisipasi dalam kaskade transduksi dan sinyal.
Contoh proteoglikan
Aggrecano
Agrecano. Sumber: BQUB15-LauraR, CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, melalui Wikimedia Commons
Aggrecan adalah proteoglikan utama yang ada dalam jaringan tulang rawan, yang dikaitkan dengan fragmen glikosaminoglikan “hyaluronan” (HA) dalam matriks ekstraseluler kondrosit.
Hyaluronan adalah glikosaminoglikan linier yang terdiri dari residu asam glukuronat dan N-asetilglukosamin yang bergantian, yang dapat ditemukan baik di permukaan sel maupun di matriks ekstraseluler dan di dalam sel.
Pengikatan hyaluronan ke aggrecan terjadi melalui “protein pengikat” yang membentuk agregat penting dengan berat molekul hingga beberapa juta dalton.
Banyak penyakit sendi terkait usia dikaitkan dengan peningkatan agregasi aggrecan dan hyaluronan.
Pelecano
Di glomerulus ginjal, membran basal terutama terdiri dari proteoglikan yang dikenal sebagai pelecan, yang dikaitkan dengan bagian heparan sulfat. Proteoglikan ini memiliki fungsi penting sebagai situs selektivitas muatan anionik selama filtrasi glomerulus.
Proteoglikan ini memiliki inti protein terbesar yang telah diamati di salah satu molekul ini dan berspekulasi bahwa domain protein ini dapat berinteraksi dengan makromolekul lain yang ada di membran dasar.
dekorasi
dekorasi
Dekorin adalah proteoglikan interstisial kecil dan ditandai dengan memiliki rantai glikosaminoglikan tunggal dan inti protein kecil. Ini adalah komponen penting dari banyak jaringan ikat, mengikat serat kolagen tipe I dan berpartisipasi dalam perakitan matriks ekstraseluler.
