26. Kalenderwoche

Wie arbeitet der Zuckercode

Wie Nukleinsäuren und Proteine speichern Glykane Information, und zwar räumlich auf engstem Raum, so daß z.B. auf der Zelloberfläche viele solche Signale plaziert werden können. Diese Annahme kann erklären, warum die Biosynthese des Glykanteiles von zellulären Glykokonkonjugaten (Glykoproteine mit Proteoglykanen sowie Glykolipide) enzymatisch sehr aufwändig ist.

Neben der Grundstruktur von Glykanen, definiert durch Abfolge der Bausteine, anomerer Position und der Wahl der Verknüpfungspunkte, für Laktose also Galbeta1,4Glc (bitte zeichnen; warum ist die Glukose der am häufigsten in der Natur vorkommende Zucker?), werden Zucker auf der Stufe des Oligosaccharides modifiziert, wie Sie es von der posttranslationalen Modifizierung von Proteinen kennen. In der Abb. 1.7 (The biochemical basis .....) sehen Sie Mannose-6-phosphat (a), sulfatiertes LacdiNAc (b) und das anti-koagulativ wirkende Pentasaccharid des Heparins (d). Wie es z.B. die Ser/Thr- oder Tyr-abhängige Phosphorylierung bei Proteinen ermöglicht, können solche negativ geladenen Gruppen zusätzliche Erkennungspunkte darstellen. So entwickelt sich die I-Zell-Krankheit bei Fehlen der Fähigkeit dazu, das Man-6-phosphatsignal in ausreichender Menge herzustellen. Gleiches gilt auch für einzelne Monosaccharide, z.B. die Beziehung von verringerter Synthese der für Glykanbiosynthese aktiven Form der Fukose (GDP-Fuc; wie entsteht diese?) zu einem Syndrom, gekennzeichnet durch häufig auftretende Infektionen (LAD II: Leukozyten-Adhäsions-Defizienz).

Diese Beispiele belegen die kausale Beziehung von Zuckersignalen zu Krankheiten, was uns nun dazu motiviert, den Fluß der Information vom Zucker ausgehend unter die Lupe zu nehmen. Gibt es „Leser“ und „Übersetzer“ für Zuckersignale?

In der beigefügten Datei wiederholen wir zuerst Eigenschaften der Zucker, die für Informationsspeicherung relevant sind, und der enzymatischen Glykosylierung. Mit der gebotenen Betonung der Geschichte der Erforschung von Blutgruppen wird dann verständlich, warum der Begriff „Lektine“ für zuckerbindende Proteine geprägt wurde. Es folgt dann eine Übersicht zu Lektinen, die die Erwartung erfüllt, daß ihr Vorkommen nicht sehr begrenzt, sondern in großer Zahl gesichert ist. Somit ist „functional pairing“ von Glykan mit Lektin ein physiologisch wichtiger Vorgang (s. Beispiele)! Bemerkenswert ist die Aufteilung von Säugetierlektinen in Familien, die sich dann wieder in mehrere Mitglieder aufteilen, wobei die Architektur der Proteine nutzungsbezogen unterschiedlich ist.

Nach dem Studium der Datei stellt sich die Frage, ob sich ggf. Krankheiten aufgrund dieser Einsichten therapieren lassen: nun, bei LAD II gibt es ein einfaches Mittel: „with a spoon full of sugar ...“ (welcher Zucker und warum?).

Ein paar Fragen:

• welche funktionale Perspektiven bietet das Vorkommen von Sialinsäuren (Synthese in Abb. 7 der Datei)?
• zeichnen Sie das Disaccharid Galaktose-N-Acetylneuraminsäure in alpha2,3 und in alpha2,6 Verknüpfung (welches Disaccharid wird flexibler sein?)
• was ist N-Glykol(o)ylneuraminsäure und warum können wir diesen Zucker nicht synthetisieren?
• wie entsteht GlcNAc? Gibt es freies GlcN (Glukosamin)?
• gibt es außer Glykogen in unserem Körper andere lange Zuckerketten, die dann von Rezeptoren erkannt werden, z.B. in Gelenken?

Link: Kaltner et al. (2018) Histochem. Cell. Biol. 149:547-568

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