БИОХИМИЯ, 2015, том 80, вып. 7, с. 1010 - 1022
УДК 577.24
СПЕЦИФИЧНОСТЬ ГАЛЕКТИНОВ ЧЕЛОВЕКА В СОСТАВЕ КЛЕТОК
Обзор
© 2015 Е.М. Рапопорт, Н.В. Бовин*
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10; факс: +7(495)330-5592, электронная почта:professorbovin@yandex.ru
Поступила в редакцию 05.03.15 После доработки 13.04.15
Галектины — Р-галактозидсвязывающие белки, объединенные в одну группу по гомологии аминокислотной последовательности углеводсвязывающего сайта. Их углеводная специфичность вне клетки ранее широко изучалась, основным выводом этих исследований является то, что для галектинов есть несколько уровней узнавания углеводных лигандов: 1) дисахарид 0а1р1-401еМАс (LN, лактозамин) связывается сильнее, чем Р-галактопираноза; 2) некоторые заместители при О-2 и О-3 остатка галактозы, а также при О-6 GlcNAc принципиально увеличивают аффинность; 3) одинаково гликозилированные белки могут существенно отличаться по аффинности к галектинам. Информация об истинных клеточных рецепторах галектинов весьма ограничена. До недавнего времени не было возможным экспериментальное изучение специфичности галектинов, находящихся в составе клетки. Модель, основанная на контролируемом встраивании индивидуального галектина в гликокаликс клетки и последующем взаимодействии нагруженных клеток с набором синтетических гликопроб методом проточной цитометрии, открыла недавно такую возможность. В обзоре систематизированы данные об углеводной специфичности галектинов прото-, химерного и тандемного типов в составе клетки и проведен сравнительный анализ полученных результатов с литературными данными по специфичности галектинов в бесклеточных тестах. Основными выводами этого цикла исследований стали следующие: 1) галектины в составе клетки практически неспособны связываться с дисахаридом LN, но проявляют сродство к З'-замещенным олиголактозаминам и олигомерам типа LNn; 2) галектины тандемного типа способны узнавать другой дисахарид, а именно Galpl-3G1cNAс (Lec); 3) у галектинов тандемного типа в составе клеток сохраняется высокая аффинность к антигенам групп крови системы АВН; 4) в целом галектины становятся значительно более избирательными при взаимодействии с гликоконъюгатами, когда находятся в среде клеточного гликокаликса. Полученные данные позволили предположить, что конкурентное взаимодействие галектинов клетки с микроокружением (эндогенными клеточными гликанами) является основным фактором, обусловливающим избирательность галектинов in vivo.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: галектины, гликаны, клетка, углеводная специфичность, углеводсвязывающий домен.
Галектины — это семейство р-галактозидсвя-зывающих лектинов, гомологичных по аминокислотной последовательности углеводсвязывающего сайта белка [1, 2]. В настоящее время у млекопитающих идентифицированы пятнадцать белков этого семейства. В зависимости от структурной организации углеводсвязывающего домена (УСД) галектины разделяют на три группы: прото-, тандемный и химерный типы [3]. Га-лектины прототипа имеют один УСД и способны образовывать димеры (рис. 1); галектины
Принятые сокращения: гал — галектин, УСД — углеводсвязывающий домен, О1уо — гликановый фрагмент в составе гликопробы, Нио — флуоресцеин, РАА — полиакри-ламид.
* Адресат для корреспонденции.
тандемного типа содержат два УСД (^-УСД и С-УСД), соединенных коротким пептидным линкером. Галектин-3, единственный белок-химера, имеет один С-концевой УСД, соединенный с регуляторным доменом, в составе которого присутствуют повторяющиеся коллагенопо-добные участки [4].
Неослабевающий уже на протяжении более 30 лет интерес к исследованию галектинов обусловлен тем, что эти белки вовлечены в многочисленные процессы, такие как регуляция клеточного цикла, специфическая адгезия клеток друг к другу и к межклеточному матриксу, передача межклеточных сигналов и многие другие. Некоторые галектины являются медиаторами воспаления, маркерами онкотрансформации и хемоаттрактантами [5—7].
® Химера
галеюин-З
К-ус^
Тандем-тип
галеюнн-4 галекшн-б галектнн-8 галехтин-9 галектин-12
Прототип
галектмн-1
гплеюин-2
галектин-5
галектнн-?
гплекпш-Ю
галектин-11
галскп !н-13
галектнн-14
галектан-15
Рис. 1. Структурная организация галектинов. УСД выделены черным цветом, линкер галектинов тандемного типа — белым цветом, регуляторный домен гал-3 — серым цветом. К — коллагеновый, N — ^-концевой участки регуляторно-го домена
Несмотря на огромное количество работ, информация об истинных (функциональных, а не потенциальных) клеточных лигандах (т.е. глика-нах) галектинов крайне ограничена. В то же время она востребована, т.к. дает ключ к идентификации их природных рецепторов (т.е. гликопро-теинов и, возможно, гликосфинголипидов).
Углеводная специфичность галектинов исследовалась многочисленными внеклеточными методами, такими как твердофазные [8—11], плазмонный резонанс [12], поляризация флуоресценции [11], фронтальная аффинная хроматография [3, 13], калориметрия [14]. С развитием микрочипной технологии, когда на один чип стало возможным наносить несколько сот различных гликанов, была получена информация об углеводсвязывающей активности всех известных в настоящее время галектинов млекопитающих [15, 16].
Следует отметить, что полученные в разных системах данные по специфичности одного и того же галектина не всегда совпадают друг с другом. Так, методом изотермической калориметрии было показано, что гал-3 связывается с лактозамином (ЬМ) [14], однако с этим же самым дисахаридом на гликочипе взаимодействия не наблюдалось [16]. Другой пример — ОМ1 был идентифицирован как лиганд гал-1 на клетках нейробластомы 8К-М-МС при использовании клеточного варианта иммуноферментного анализа [17], но при анализе методом фронтальной аффинной хроматографии на гликочипе связывания с гликаном, входящим в состав ганглио-
зида, не было [3, 16]. Увеличение числа фрагментов ЬМ в олиголактозаминовой цепи приводило к усилению связывания с ними гал-1 и -8 в твердофазных системах, но не при исследовании методом фронтальной аффинной хроматографии [3, 8, 11]. Расхождения, имеющиеся в литературе, по-видимому, связаны с особенностями дизайна тест-систем, в частности с ограничениями в пространственной доступности ли-гандов.
Суммируя данные, полученные в бесклеточных системах, можно отметить следующие закономерности:
1) галектины связываются с олиголактоза-минами, причем аффинность белка к гликанам в ряду ЬМ^(ЬМ)2^(ЬМ)3^(ЬМ)5 для большинства галектинов возрастает;
2) галектины связываются с сульфатирован-ными и сиалилированными гликанами, при этом наличие отрицательно заряженной группы значительно повышает аффинность галектинов к гликанам;
3) наличие остатка фукозы при ЬМ-коре повышает сродство галектинов к гликанам, связывание всех исследованных галектинов с Fuca1-2(ЬМ)2 было выше, чем с соответствующим ди-лактозамином (ЬМ)2;
4) за исключением гал-1 галектины в той или иной степени узнают лактозаминовые гликаны, содержащие Оа1а/ОаВДАса.
Очевидно, что при такой способности узнавать широкий набор гликанов у галектинов должен быть достаточно большой репертуар рецепторов. Действительно, рецепторы галектинов идентифицированы практически во всех органах — это гликопротеины внеклеточного мат-рикса и иммунных клеток, интегрины, интегральные белки мембран лизосом ЬАМР-1 и -2, ганглиозиды и гликосфинголипиды (результаты систематизированы в обзорах [6, 18—21]). Следует отметить, что имеющаяся информация о клеточных рецепторах в основном основывается на данных, полученных с использованием внеклеточных моделей, когда: 1) галектины преципи-тируют с экстрактами мембранных белков клеток или внеклеточного матрикса, 2) гликопроте-ины выделяют хроматографией лизата клеток на сорбенте с иммобилизованным галектином, 3) исследуется связывание рекомбинантных галекти-нов с гликопротеинами твердофазными методами анализа. Так, при хроматографии лизата Т-кле-ток на сефарозе с иммобилизованным гал-3 с последующим электрофорезом, вестерн-блот-тингом полученных белков и их детекцией соответствующими антителами в дот-блоте было показано, что на Т-лимфоцитах гал-3 связывается с гликанами на гликопротеинах CD29, CD43, CD45
и CD71 [22]. Другой пример, коиммунопреципи-тацией с лизатом клеток СНО (клетки китайского хомячка), трансфицированных геном, кодирующим белок подоплонин, было продемонстрировано, что последний является рецептором гал-8 на эндотелиальных клетках [23]. При исследовании связывания c гал-1, иммобилизованным на пластике, белков из лизата HUVEC (эндотелиальных клеток из пупочной вены) в качестве рецептора галектина был идентифицирован ней-ропилин [24]. Однако известны примеры, когда in vivo галектины избирательны, т.е. связываются только с некоторыми лигандами. Например, гал-9 непосредственно не связывается с TIM-3 эндотелиальных клеток [25], хотя ранее был закристаллизован комплекс лектина с гликопроте-ином [26]. Гал-4 опосредует адгезию только тех клеток, на поверхности которых экспонированы сульфатированные гликолипиды [27]; индукция гал-1 адгезии клеток к внеклеточному матриксу связана с избирательным связыванием галектинов с олиголактозаминовыми цепями только определенных белков, а именно ламини-на или фибронектина [28, 29]. Очевидно, что внеклеточные методы не воспроизводят в полной мере особенности взаимодействия галекти-на с клеточными гликанами. В связи с этим встает вопрос, насколько корректно бесклеточные системы отражают реальную ситуацию, т.е. когда галектины заякорены в гликокаликсе? За исключением гал-3 (который предположительно существует в виде пентамера [30]) галектины двухвалентны, у них нет других функциональных доменов, кроме УСД. Если оба УСД задействованы в связывании с лигандами собственных клеток (цис-лигандами), то в таком состоянии белок не способен узнавать «внешние» (транс-)гликаны. Понятно, что вне клетки создать такую модель, которая имитировала бы влияние цис-гликанов, а также межклеточные взаимодействия, не представляется возможным.
Для изучения специфичности клеточных лектинов широко используютс
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.