Нарушение экспрессии D-глюкуронил С5-эпимеразы как возможная причина изменения структуры протеогликанов в опухоли молочной железы человека (стр. 5 из 12)

Таблица 10. Примеры белков, взаимодействующих с ГАГ

Взаимодействия клетки с матриксом	Коагуляция/Фибринолиз	Липолиз	Воспаление/Рост
Ламинин	антитромбин III	липопротеин - липаза	FGF
Фибронектин	кофактор гепарина II	печеночная липаза	рецепторы
Тромбоспондин	тромбин	апоE	HGF
Коллаген Iтипа	ингибитор С-белка	LDL	VEGF
Коллаген III типа	tPA и PAI-1	IL-8/MIP-1β
Коллаген V типа	TGF-β
Витронектин	L - и P-селектины
Тенаскин	супероксиддисмутаза

Большинство белков связывается с ГС, которые являются наиболее химически гетерогенным классом ГАГ. ГС взаимодействуют с белками специфическими участками ГАГ с определенным паттерном сульфатирования остатков сахаров [21]. Эти взаимодействия имеют глубокий физиологический эффект. Примером может служить введение в кровяное русло гепарина, приводящее к быстрому антикоагуляционному эффекту, благодаря связыванию и активации антитромбина.

Связывание ГАГ с лигандами может приводить к (1) иммобилизации белков в месте их продукции, (2) регулированию ферментативной активности, (3) присоединению к сигнальному рецептору, (4) защите лиганда от деградации, (5) резервированию лигандов [25, 26].

Протеогликаны найдены во всех исследованных тканях многоклеточных беспозвоночных и позвоночных животных.

Протеогликаны известны в основном как компоненты внеклеточного матрикса, включая хрящ, базальную мембрану и соединительную ткань. Они также широко представлены на клеточной поверхности (мембранные ПГ). А также ПГ могут запасаться внутри клетки в секреторных гранулах.

Протеогликаны внеклеточного матрикса в основном содержат ДС/ХС цепи ГАГ [27], тогда как ПГ на поверхности клеток в основном представлены ГСПГ [28].

Все эпителиальные ткани экспрессируют протеогликаны клеточной поверхности, преимущественно глипиканы (ГС) и синдеканы (ГС/ХС) [29].

По локализации протеогликаны клеточной поверхности могут быть трансмембранными белками (синдеканы), могут быть связаны с липидами плазматической мембраны через фосфатидилинозитол (глипиканы) или секретироваться в базальную мембрану (перлекан, агрин). Коровый белок синдекана имеет протяженный трансмембранный домен и короткий (34-38 аминокислотных остатков) С-концевой цитоплазматический домен. Коровый белок глипикана имеет глобулярную структуру, стабилизированную дисульфидными связями, и заякорен в плазматической мембране через фосфатидилинозитол. Доказательства, что мембранные ПГ могут ферментативно высвобождаться из мембран, пока нет. Однако есть предположение, что такое высвобождение имеет место invivoи осуществляется фосфоинозитол-специфичной фосфолипазой С. Базальные мембраны тканей млекопитающих содержат перлекан и агрин. Перлекан присутствует в большинстве базальных мембран, а также в хряще, в то время как агрин является компонентом базальных мембран в мышцах, нервномышечных соединениях, центральной нервной системе, легких и почках. Оба протеогликана являются крупными мультидоменными молекулами, несущими цепи гепарансульфатов ближе к N-концу корового белка [30].

Протеогликаны обнаружены также в ядрах, где, как установлено в ряде случаев, связаны с транскрипционно активной частью хроматина [31, 32].

Протеогликаны внеклеточного матрикса формируют его структуру за счет взаимодействий с различными внеклеточными макромолекулами. Во внеклеточном матриксе ПГ взаимодействуют с ламинином, фибронектином [33], коллагеном I [34]. Известно, что декорин связывается с коллагеном I, II [35], IX [36], причем как в эмбриональных тканях, так и в тканях взрослого человека [36]. Фибромодулин, так же как и декорин, связывается с коллагеном Iи IIи влияет на фибриллогенез коллагена [25, 37], тогда как бигликан коллаген не связывает, но его большое количество было обнаружено во внеклеточном матриксе мезенхимных эмбриональных клеток [36].

Показано, что аггрекан в суставных хондроцитах быка образует комплекс с гиалуроновой кислотой и связующим белком (рис.1) [38], кроме того, подобный комплекс может образовывать и другой ПГ - версикан [39]. Показано, что молекула версикана из культуры клеток ACHNвзаимодействует с хемокинами [40], L - селектином [41], Р-селектином, рецептором CD44, играющим важную роль в процессах воспаления, аутоиммунном ответе, прогрессии опухолей. Связь образуется посредством взаимодействия ХС-цепи версикана с углеводсодержащим доменом L-, P-селектина, CD44 [42].

Протеогликаны поверхности клеток представляют собой рецепторы для различных компонентов внеклеточного матрикса, регуляторных макромолекул, факторов роста и играют ключевую роль в информационной связи между клеткой и внеклеточным матриксом.

На поверхности кератиноцитов обнаружен и идентифицирован эпикан - гепарансульфат протеогликан [43]; после секвенирования последовательности его корового белка было обнаружено, что он является протеогликановой (ХС) формой рецептора CD44 [44]. Показано, что это альтернативно сплайсированная форма CD44, содержащая дополнительный экзон [45].

Клетки с запасными гранулами накапливают протеогликаны наряду с другими секреторными продуктами. Эти ПГ обычно содержат высоко сульфатированные формы ХС. Исключением являются тучные клетки соединительной ткани, содержащие в секреторных гранулах преимущественно гепарин. Предполагается, что протеогликаны в секреторных гранулах способствуют удалению веществ из последних и регулируют доступность положительно заряженных компонентов, таких как протеазы и биогенные амины [46].

Показано, что протеогликаны могут связывать факторы роста и модулировать их активность [1].

Декорин, относящийся к классу дерматансульфат протеогликанов, взаимодействует с рецептором эпидермального фактора роста и запускает сигнальный каскад реакций, который приводит к торможению деления клеток [47]. Бетагликан - протеогликан, содержащий цепи ХС и ГС, - взаимодействует с трансформирующим фактором роста TGF-b [48].

Гепарансульфат протеогликаны (например, синдекан) связывают различные факторы роста, включая фактор роста фибробластов - FGF-a, FGF-b (рис.8), гранулоцитомакрофаг колониестимулирующий фактор - GM-CSF, взаимодействуют с интерлейкином - 3 и интерфероном-g [1, 27], усиливают рост и дифференцировку клетки, взаимодействуя с FGF-b [49], показан предположительный механизм связывания рецептора FGF-bс ГС [50].

Рис.8. Взаимодействие протеогликанов с факторами роста

Таким образом, протеогликаны, помимо выполнения структурной функции, участвуют в регуляции таких фундаментальных клеточных процессов, как морфогенез, дифференцировка и клеточная пролиферация.

1.14 Состав протеогликанов в трансформированных клетках

Наличие множества связующих доменов в сложной структуре протеогликанов дает им возможность специфично взаимодействовать со множеством разнообразных регуляторных молекул.

Протеогликаны связывают в единую структуру различные компоненты внеклеточного матрикса, такие как гиалуроновая кислота, коллаген, ламинин, фибронектин; опосредуют связывание клеток с ВКМ; накапливают на своей поверхности (резервируют) факторы роста; презентируют факторы роста клеточным рецепторам; могут выступать в роли факторов клеточной адгезии, стимулируя организацию актиновых филаментов цитоскелета [51].

Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что протеогликаны играют важную роль в регуляции процесса клеточной пролиферации, и нарушения в экспрессии и/или посттрансляционной модификации этих молекул могут служить одной из причин злокачественного перерождения тканей.

Показано, что в окружающей опухоль строме происходят значительные изменения в содержании протеогликанов. Предполагается, что эти изменения могут поддерживать рост опухоли, ее прогрессию и инвазию.

Уровень содержания декорина, лейцин-богатого протеогликана, участвующего в регуляции пролиферации клеток и сборки внеклеточного матрикса, значительно повышен в опухолевой строме. В то же время в опухолевых клетках экспрессия декорина значительно снижена или вообще не детектируется (см. п.1.14.1.).

При малигнизации наблюдается уменьшение уровня сульфатирования гепарансульфатов и увеличение экспрессии гиалуроновой кислоты. На поздних стадиях развития опухоли высокий уровень этого анионного полимера способствует разрыхлению окружающего матрикса, тем самым облегчая инвазию опухолевых клеток [52].

CD44 - основной рецептор для гиалуроновой кислоты на клеточной поверхности, и сам относится к классу ХСПГ. На гиалуронат-связывающую активность CD44 оказывают влияние N - и O-гликозилирование данного белка, присоединение к нему ГАГ-цепи, а также экспрессия различных изоформ CD44. Изменения в экспрессии CD44 (в том числе изменения гликоформ и изоформ) наблюдаются во многих видах злокачественных опухолей. В некоторых случаях данные изменения прямым образом коррелируют с метастатическим потенциалом [53].

Опухолевые клетки могут выделять полипептидные факторы, которые изменяют тип протеогликанов, продуцируемых хозяйской мезенхимой. Так, нормальные фибробласты, будучи помещенными в культуральную среду, на которой ранее культивировались клетки рака прямой кишки человека, начинают продуцировать необычно большое количество хондроитинсульфатов. Изменение метаболизма протеогликанов в нормальных мезенхимных клетках может являться одним из механизмов, с помощью кторого опухолевые клетки меняют окружающую их среду [54].

В опухолевых клетках изменяется количественный и качественный состав протеогликанов.

Показано, что в клетках практически всех исследованных опухолевых тканей происходит увеличение содержания протеогликанов по сравнению с нормальной тканью: в опухолевых клетках карциномы желудка происходит увеличение содержания ПГ по сравнению с нормальной тканью в два раза [55], в карциноме поджелудочной железы в 4 раза [56], в карциноме прямой кишки - в 2 раза [57].