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α(1、2)Fucosylated Glycoepitopes从无脊椎动物到人类

德拉Cinzia Giovampaola Antonietta卡彭,Domenico Nolfi和Floriana Rosati*

锡耶纳大学生命科学部门,通过莫罗2,锡耶纳,意大利

通讯作者:
Floriana Rosati
锡耶纳大学生命科学部门,通过莫罗2,53100锡耶纳,意大利
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收到日期:12/09/2016接受日期:23/11/2016发表日期:26/11/2016

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文摘

聚糖参与bio-communication,如细胞细胞识别、精卵识别和胚胎发育,因为他们有生物信号存储在表单的属性可以被其他生物系统,如anti-glycan抗体和聚糖结合蛋白或凝集素。异常出现在细胞表面在许多疾病,包括癌症,和改变碳水化合物半个作为调停人的致瘤性和侵袭性表示。Alpha-L-fucopyranosyl残留immunodeterminant, glyco-language扮演了重要角色;特别是残留α(1、2)与半乳糖,经常存在N-glycans终端修改,O-glycans或糖脂。H抗原酶的产品,添加海藻糖半乳糖残基的α(1、2)联系。我们报告在我们工作证明的存在和作用α(1、2)fucose-containing glycoepitopes在biocommunication鸡蛋和之间精子在两个无脊椎动物物种,被囊类动物Ciona intestinalis和软体动物组织elongatulus。在软体动物的结构fucosylated抗原表位参与精子的上下文中识别血型证实了h抗原MS / MS数据。使用一个抗体bio-communicating糖蛋白的工会卵母细胞,证明含有的抗原决定基的α(1、2)fucosylated O-glycans,我们检测到相同或非常相似的抗原决定基nucleolin,高度增殖和蛋白质表达癌症细胞在人类,作为航天飞机在细胞表面和原子核之间。我们建议糖基化机械用于建立α(1、2)fucosyl-containing glycoepitope工会的鸡蛋,re-stored在癌细胞。

关键字

L-fucose Glycoepitopes, Lotus凝集素,精子卵子交互,癌症

每一个自由活细胞和细胞类型在一个多细胞生物在外部装饰一层厚厚的碳水化合物,称为glycocalyx。以往被视为不超过一个保护层,glycocalyx实际上包含了一个精确的多糖框架,代表一个细胞的前线身份证与外面的世界接触。雷竞技网页版聚糖直接参与过程,如细胞细胞识别和沟通,病原体识别、精卵识别和受精,指导胚胎发育和分化,以及各种细胞和蛋白质的分布到全身。聚糖还可以从正常的病理状态转变在许多疾病包括癌症1,改变碳水化合物被表示为介质的致瘤性,半个侵袭性和转移性潜力(2,3]。聚糖参与bio-communication因为他们有生物信号存储在表单的属性可以被其他生物系统。多糖的主要分子能够阅读语言anti-glycan抗体和聚糖结合蛋白或凝集素(4];这些分子识别的碳水化合物一部分称为glycoepitope [5]。因此Glycoepitopes多糖的言语语言。不幸的是,多糖语言非常复杂和难以阅读。多糖的复杂性取决于碳水化合物可以产生大范围的结构多样性。与蛋白质相连单独由肽键,碳水化合物利用许多可能的糖苷联系。两个氨基酸残基只能产生一个二肽,而两个糖分子有可能产生11个不同的二糖。任何九常见的糖残基的三聚物的人体理论上可以产生超过100000种不同结构同分异构体。相比之下,最多20个不同的氨基酸残基能增加到8000三肽。有关的研究领域与多糖结构显示glycoepitopes最近提高了先进的分析和结构表征的发展策略,包括高分辨率色谱法再加上exoglycosidase消化,现代质谱和核磁共振光谱分析。然而,困难在这个领域持续因为相同的糖链时可能产生不同的glycoepitopes糖一半提出了不同集群配置。

Fucosylated Glycoepitopes

Fucosylation涉及附件N-glycansα-L-fucopyranosyl残留物,O-glycans或糖脂是一种多糖改性调节许多粘附分子的生物功能和报道在癌症进展(6]。两个结构特点区分岩藻糖和其他六元糖存在于哺乳动物。这些包括缺乏碳上的羟基位置6(其他)和L-configuration(图1)。海藻糖经常存在终端多糖结构的修改,因此成为一个免疫行列式。ABO血型抗原是最好的已知fucosylated glycoepitopes。H抗原的产物是一个α(1、2)fucosyltransferase (FUT1基因产物)向终端添加海藻糖半乳糖残基的寡糖前体(图1)装修几个糖蛋白和糖脂。人的血型A、B或AB, H抗原进一步修改ABO血型locus-encoded糖基转移酶,增加了半乳糖和N-acetylglucosamine形成了A和B抗原;修改的H抗原表达在细胞表面的O型个体(7]。有趣的是,A和B血型抗原的表达,半乳糖和N-acetyl-glucosamine行列式糖,是迷失在许多肿瘤伴随增加H表达式,在α(1、2)与海藻糖是行列式。这种变化是与临床预后差(8- - - - - -11]。包含海藻糖glycoepitopeα(1 - 2)与半乳糖也只有被报道等离子体膜的莫里斯肝癌7777但不表达、肾皮质或血清12]。

主要的凝集素能够识别fucosyl-containing glycoepitopes包括Lotus tetragonolobus(13),Ulex europaeus(14从植物凝集素,安圭拉岛凝集素从鳗鱼15),Aleuria橘黄色的从蘑菇凝集素(AAL)16),根霉stolonifer植物血凝素(17),曲霉属真菌oryziae(18从真菌和Ralstonia solanacearum从细菌凝集素19]。其中,Ulex europaeusLotus tetragonolobus据报道,凝集素喜欢α(1、2)与海藻糖残基(13,20),而光芒四射,R stolonifer一个oryziae凝集素优先结合α(1,6)fucosylated寡糖(18]。然而,如前所述,glycoepitopes及其集群配置的空间组织可能决定因素识别的凝集素(19]。事实上凝集素容纳glycoepitopes大于mono -双糖和也有证据表明,他们更喜欢特定的集群配置。例如,凝集素Ulex据报道与海藻糖在血液抗原寡糖链反应1和2吗(图1),而外源凝集素从Lotus仅与连锁反应2 (20.](图1)。此外的凝集素Ulex据报道,凝集红细胞,而来自哪里莲花neuroaminidase治疗后才这样做,从而显示不同的曝光的α(1、2)fucosylated多糖集群被两个凝集素。Ulex凝集素也被报道要求更高浓度的糖类带来完整的红细胞凝集抑制比莲花植物血凝素(21]。

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图1所示。海藻糖和H抗原结构的1型和2型。圆圈表示的immunodominant部分抗原。

凝集素特征可能因此包括但不限于:

一)碳水化合物的光谱结构活性;

b)的构象性质glycoepitopes选择性的认可;

c)集群效应lectin-carbohydrate交互。

Fucosylated Glycoepitopes精子卵子交互

在每个无脊椎动物和脊椎动物,在自然条件下也在人,受精的卵子,因此开发新的物种的个体始于识别和绑定的百万精子卵子的外套。这发起一系列步骤导致雄性配子融合与卵母细胞。第一个证据表明,精卵结合是由碳水化合物是许多年前,使用外源凝集素哺乳动物(22被囊动物(中)和碳水化合物23竞争对手的过程在体外。L-fucose被发现bio-communication的preminent糖被囊类动物的精子Ciona intestinalis(图2),因为它是唯一的糖,干扰绑定;其他糖测试,包括D-fucose,证明完全无效(23]。单糖的能力有效地阻止精子绑定已经被证明在许多无脊椎动物和脊椎动物,包括人类。在Ciona海藻糖残基的作用的主要成分为精子卵母细胞外套glycoepitope证实了识别和绑定将L - [3 h]岩藻糖注入女性性腺和合并后通过放射自显影法和钠dodecylsulfate /聚丙烯酰胺凝胶电泳(24]。海藻糖被发现在蛋中逐步积累外套,尤其是在三个糖蛋白(25]。在这个物种我们无法识别哪些人负责与精子,但我们确定无疑地知道,它包含一个α(1、2)fucosylated glycoepitope,因为所有三个证明积极的凝集素莲花。在我们的连续的实验动物,软体动物双壳类工会elongatulus,米歇尔-菲佛(c)(图3)我们确定了鸡蛋分子负责识别和绑定精子和我们证明α(1、2)fucosylated glycoepitopes是识别活动的一个重要组成部分(26]。在工会,与其他软体动物不同,鸡蛋仍在女性和精子相遇在鳃室(图3 b)。的蛋工会特有的:与其他无脊椎动物的精子绑定可以发生在卵子表面涂什么来帮助识别一个动物和植物性极,在吗工会,精子只有与区域互动的卵子外套位于植物性极[27]。这里的蛋外套突出形成截锥皱巴巴的区域包围(图3 b),在精子发生约束力。在工会只有两个糖蛋白发现占90%的物质溶解从鸡蛋的外套28]。Matrix-assisted激光解吸电离(MALDI)质谱确定大众273 kD和180 kD和两个糖蛋白因此命名gp273 gp180 [29日]。精子所涉及的分子识别和绑定被确认为gp273 [30.),因为蛋白质纯化时只显示绑定精子;抗体对提高时,只有anti-gp273积极在火山口区域识别和绑定发生(30.]。有趣的是,这个地区也被证明是唯一一个积极的凝集素莲花。Gp273被发现含有N -和O-linked聚糖。大约3.5%的总碳水化合物含量计算质量和由岩藻糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖、N-acetyl-galactosamine和N-acetylglucosamine [31日]。公布的N-linked聚糖PNGase F和分析了高效液相色谱法、1 h核磁共振光谱和质谱oligomannose聚糖透露,构成的主要部分碳水化合物含量(31日]。岩藻糖、半乳糖和N-acetyl-galactosamine被假定是O-glycan组件,事实上碳水化合物分析gp273切除后剩余O-glycoprotein N-glycans证实了他们的存在。O-glycoprotein的碎片,我们也获得了O-glycopeptide守恒的精子识别能力,对我们的后续工作,并显著守恒的能力与anti-gp273 [32]。然后我们确认的重要性和确定沟通的fucosyl-glycoepitope精子的结构。当发布和测试的能力干扰精子和卵子结合,只有gp273-derived O-linked聚糖证明能够抑制精子绑定,而N-linked聚糖根本没有效果。信息的性质O-glycome当时获得了利用高灵敏度MALDI-TOF / TOF和GlycoWorkBench信息学工具(33]。这项研究显示,gp273 O-glycans带有不同的曲目,其中许多富含海藻糖。值得注意的是,MS / MS数据明确显示,海藻糖残基主要发生在血型的背景下H -抗原这额外的海藻糖可以与多糖链(33]。因此明确证实,外套glycoepitope,与海藻糖残基α(1、2)与半乳糖,负责与精子的交互工会的凝集素莲花273年抗免疫球蛋白识别表位。研究的物种中,α(1、2)fucosylated多糖相似的H抗原似乎是唯一的组件,可能与精子。因此容易表明,多糖是一种音节的glycocode一句话只要蛋白质聚集在一个特定的方式。当我们讨论后,我们发现了一个类似的glycoword癌细胞。

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图2。有被膜的形象Ciona intestinalis

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图3。软体动物的形象组织elongatulus在A和B图形表示的工会,鳃suprabranchial钱伯斯的精子遇到卵子和最后一个鸡蛋。

精子质膜上的分子,与α(1、2)交互fucosylated glycoepitope鸡蛋外套被认为是酶alpha-L-fucosidase,都在Ciona(34),在工会(35]。它也表明,精子alpha-L-fucosidase作为fucose-binding蛋白质和目前形成的复杂的绑定是相当稳定的,因为糖苷酶酸性pH值最优,因此碱性水的水解率低。L-fucosyl残留在卵黄外套和一个alpha-L-fucosidase精子精卵结合的介质已报告在另一个被囊类动物,Halocinthiaroretzi [36]。Alpha-L-fucosidases精子质膜上最近建议在其他群体参与繁殖,包括昆虫(37)和哺乳动物(38包括人类[39]。但是,在这些情况下有相应的fucosyl-glycoepitope卵母细胞分析。成功的原因之一是,由于intra-cytoplasmic精子注入,有关的研究领域与卵母细胞精子绑定外套几乎完全放弃了。

海藻糖的存在和重要性和/或alpha-L-fucosidase在精卵相互作用不同,遥远的物种进化的问题也明显增加相同的糖和糖苷酶可以确保该物种特异性受精所必需的。

建议一般的答案是,选择压力可能在更高水平的精卵结合,使遇到heterospecific配子的可能性非常小。在分子水平上,一个解释可能是,通过多组高复杂性和特异性进化相似或不同的碳水化合物链相互作用相似或不同的碳水化合物结合蛋白。

α(1、2)fucosylated Glycoepitopes在人类疾病

分析病变细胞的细胞表面聚糖可以追溯到1960年代,包括化验癌细胞之间的绑定和植物凝集素(40,41]。后来,单克隆抗体对人类肿瘤细胞系。这些研究表明,多糖由肿瘤细胞表达完全不同于发生在相应的正常细胞(42]。异常聚糖被报道在细胞系来源于许多腺癌、黑色素瘤和白血病和淋巴瘤。强调一般异常聚糖和癌症之间的关系,在1984年Hakomori杜撰了一个术语“肿瘤相关糖抗原”或TACA [42]。在过去的三十年中,明确的证据出现,碳水化合物是至关重要的表现人类癌细胞的恶性肿瘤和转移性属性,以及他们的功能行为43,44]。在碳水化合物参与肿瘤,alpha-L-fucose报道是最至关重要的糖。与fucosylated glycoepitopes功能在无脊椎动物的精卵相互作用,在海藻糖一直与O-glycans有关报道,在脊椎动物包括人类,海藻糖可以与O-glycans或N-glycans相关,尤其是与高度支化复杂N-glycans几乎完全缺席的无脊椎动物。fucosylated聚糖中,海藻糖链在α1、2经常被报道在与癌症的关系。在远端结肠和直肠肿瘤恶化被描述为刘易斯血型决定因素的相关表达b,屏蔽2,y和刘易斯,分享Fucα1,2 galβ-r主题(45- - - - - -47]。增加α(1、2)fucosyltransferase(英尺)活动被发现在结肠癌48- - - - - -50据报道)和H基因过表达在结肠癌组织(49]。Goupille et al。51)转染弱致瘤的克隆来自一只老鼠结肠癌细胞株与互补编码人类H的英国《金融时报》,发现表达α(1、2)fucosylated结构的变体CD44粘附分子可以负责结肠癌细胞的侵犯。β(1、3)半乳糖基转移酶(高尔特)和α(1、2)fucosyltransferase(英尺)据报道,参与生物合成type-1-chain碳水化合物抗原在人类结肠癌细胞系腺癌(52]。环球H是另一个结构包含Fucα1 2 galβ-r发现在癌症细胞表面醣脂类或糖蛋白53- - - - - -56]。增强MBr1——积极的表达抗原被发现在小学和转移性前列腺癌标本使用小鼠单克隆抗体MBr1 [53,57,58]。Slovin et al。59)表明,Globo电视台H是为数不多的几个候选抗原在前列腺癌细胞。

因此合法要求之间的任何关系是否存在α(1、2)fucosylated glycoepitopes无脊椎动物中发现那些出现在人类癌症。我们对这个问题的回答是积极的,因为我们的免疫球蛋白g anti-gp273证明具体识别一个O-alpha (1、2) fucosylated glycoepitope nucleolin [60在高度增殖和肿瘤细胞中表达的蛋白质在人类中,已知作为航天飞机与细胞表面,事实上,作为一种细胞外核活动的监管机构(61年]。的第一识别glycoword精卵相互作用的组织之间的关系和航天飞机分子来自蛋白质的电泳分析提取的牛冠状小静脉的内皮细胞培养(CVEC)和培养的人表皮样癌A431细胞anti-gp273免疫球蛋白(60]。唯一证明免疫反应性的蛋白质antigp273免疫球蛋白是一个运行在一个明显的110 kDa的兆瓦。当凝胶免疫反应性对应的部分被质谱分析,蛋白质被发现nucleolin相匹配。anti-gp273的特定的免疫反应性免疫球蛋白在nucleolin当时确认使用这个抗体的同时商业anti-nucleolin单克隆抗体MS-3,已知是针对整个肽序列的蛋白质:抗体识别相同的分子(60]。

行列式的角色O-glycans形成nucleolin抗原决定基anti-gp273认可的免疫球蛋白被首先排除gp273和nucleolin相似肽序列,然后通过评估的多糖链参与形成的抗原决定基酶去除N-glycans和化学去除O-glycans nucleolin和检测抗体的蛋白质。只删除O-glycans大幅降低了antigp273 nucleolin的免疫反应性。,的O-glycoepitope nucleolin才发现含有岩藻糖链α1、2这样的组织。事实上,lectin-blot切除后分析蛋白质的N -和凝集素从Lotus O-glycans, Ulex和Aleuria透露,三是积极的对整个蛋白质但积极性Aleuria切除后消失N-glycans和积极性Lotus和Ulex删除O-glycans[后消失61年]。我们确认的存在和重要性Fucα2-Galβ-R主题在nucleolin通过检查是否损耗的其所需生物合成,即FUT1和FUT2影响的表达和活动fucosylated nucleolin改变。FUT1和FUT2都发现参与fucosylation O-glycans以来nucleolin表达fucosylated nucleolin大幅减少FUT1 / FUT2耗尽细胞(62年]。Nucleolin最初报道称本地化主要在核仁(61年,63年在细胞表面),但它的存在,它是一个多种配体结合蛋白与肿瘤发生和血管生成,已被许多研究者证实在不同细胞(64年- - - - - -66年]正如它携带n和O-glycans [67年]。之一的功能蛋白在细胞表面是内化作为受体配体,把成核(61年]。在内皮细胞的血管生成,血管表面nucleolin据报道,特别是结合血管内皮抑制素和运输到核(68年]。我们的研究表明,可以将蛋白质糖基化的以不同的方式,fucosylation重要膜定位和航天飞机的活动(62年]。在细胞表面的存在antigp273 fucosylated glycoepitopes随后在胶质母细胞瘤细胞,增加表面超表达与提高等级的恶性肿瘤(69年]。这反过来导致证明nucleolin拮抗剂触发人类胶质母细胞瘤的主要细胞自噬细胞死亡和减少体内肿瘤生长在一个原位脑部肿瘤模型(70年]。

结论

自寡糖链作为信息存储的编码单元的概念越来越欣赏,如何读写糖的话是一个迷人的难题。谜题仍难以解决的内在困难研究这些结构。确定序列的寡糖链仅仅是第一步。异头定位和链接点其他重要方面需要定义一个寡糖链的主要结构。下一个最困难的问题第三维的担忧。根据构象的灵活性参数,相同的碳水化合物序列似乎能够形成多个三维形状。使用经典的“锁和钥匙”的比喻,聚糖被设想为一个“串钥匙”。因此我们远离理解信息的数组的多才多艺的多糖大会赋予细胞。没有进化的关键聚糖有助于我们理解他们的语言。明显是相当大的多样性和物种之间。 However, our studies indicate that a glycoword used by the oocyte of an invertebrate to communicate with sperm of its own species is closely related or is the same as that used by cancer cells for their physiology in humans. At least in this case, it suggests that the glycosylation machinery that formed the glycoword for biocommunication at fertilization is restored for anomalous biocommunication in the cell shift from normal to malignant status. Obviously we need other data to support this hypothesis, but since research on the molecules at work in sperm egg interaction in invertebrates is no longer “trendy” or economically attractive, it is not currently possible to identify other messages inscribed in this primary interaction mechanism.

引用