Glicosilação

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O processo de glicosilação pode ser definido como a adição enzimática (um processo análogo não enzimático é a glicação^[1]) de carboidratos (também chamados de açúcares, sacarídeos ou hidratos de carbono) a sítios específicos na superfície de proteínas e lipídios, que, conforme a especificidade da molécula orgânica, pode ocorrer tanto no retículo endoplasmático quanto no aparato de Golgi^[2]. Assim, a glicosilação leva à formação de glicoproteínas, constituindo um processo co e pós-traducional, ou seja, que pode ocorrer durante e após a tradução, momento em que as proteínas são alvo de diversas modificações estruturais.^[3]. Essa reação possui alta importância funcional, visto que confere estabilidade, heterogeneidade e maior solubilidade às moléculas glicosiladas, sendo essencial para a adesão e sinalização celular e para o enovelamento proteico^[3][4]

A glicosilação é um processo enzimático bastante diversificado e plural e, portanto, pode ser subdividida em diversos tipos:

o N-glicosilação: adição de carboidratos ao nitrogênio das cadeias laterais de asparagina ou arginina

o O-glicosilação: adição de carboidratos ao radical hidroxila das cadeias laterais de serina, treonina, tirosina, hidroxilisina ou hidroxiprolina

o P-glicosilação: ligação de carboidratos ao fosfato de uma fosfosserina

o C-glicosilação: processo enzimático em que ocorre adição de carboidratos a um carbono da cadeia lateral do triptofano

o Glipiação: adição de uma ancoragem de glicosilfosfatidilinositol (GPI), em que ocorre a ligação de um carboidrato à fosfoetanolamina, o que permite que seja ancorada ao grupo carboxil terminal de uma proteína^[2]

Tipos de Glicosilação[editar | editar código-fonte]

N-glicosilação[editar | editar código-fonte]

Características Gerais[editar | editar código-fonte]

É o tipo mais comum de glicosilação de proteínas e ocorre no Retículo Endoplasmático Rugoso (RER), sendo necessária para o enovelamento adequado dessa proteína na organela. Duas proteínas chaperonas do RER denominadas calnexina e calreticulina são proteínas de ligação de carboidratos, ou lectinas, que se ligam a oligossacarídeos nas proteínas que não estão completamente enoveladas e as retêm no RER para impedir que sofram agregação irreversível. Ambas promovem a associação de proteínas incompletamente enoveladas com outra chaperona do RER, que se liga a cisteínas que ainda não formaram ligações dissulfeto. Além disso, reconhecem oligossacarídeos ligados ao N que contêm uma única glicose terminal e, portanto, se ligam a proteínas apenas depois que duas das três glicoses do oligossacarídeo precursor tenham sido removidas durante o corte de glicose por glicosidases do RER. Quando a terceira glicose é removida, a glicoproteína dissocia-se da sua chaperona e pode deixar o RER. Para reconhecer esses erros e enovelamento, há a glicosil transferase, que continua adicionando uma glicose àqueles oligossacarídeos que perderam sua última glicose. Ela adiciona a glicose, entretanto, somente a oligossacarídeos que estão associados a proteínas desenoveladas. Assim, uma proteína desenovelada sofre ciclos contínuos de retirada de glicose (por glicosidase) e de adição (pela glicosil transferase) e mantém uma afinidade por calnexina e calreticulina, até alcançar seu estado de completo enovelamento.^[4]

Etapas[editar | editar código-fonte]

Na Glicosilação do tipo N ou ligada à asparagina, um oligossacarídeo precursor pré-formado (composto de N-acetilglicosamina, manose e glicose e contendo um total de 14 açúcares) é transferido em bloco para proteínas. Pela ação de uma enzima ligada à membrana, uma oligossacaril transferase, esse oligossacarídeo é transferido ao grupo NH₂ da cadeia lateral de um aminoácido asparagina na proteína, e por isso a glicosilação tipo N recebe esse nome. Uma cópia da oligossacaril transferase é associada a cada proteína translocadora da membrana do RER, permitindo a ela procurar e glicosilar as cadeias polipeptídicas que entram. Uma molécula lipídica complexa, o dolicol, abriga o oligossacarídeo precursor na membrana do RER, ligando-se a ele por uma ligação pirofosfato altamente energética, que providencia a energia de ativação para conduzir a glicosilação. Durante a translocação da proteína, imediatamente depois de o aminoácido ter alcançado o lúmen, o oligossacarídeo precursor é transferido para a asparagina-alvo em um único passo enzimático. O oligossacarídeo precursor é construído açúcar por açúcar no lipídeo dolicol ligado à membrana e então transferido para uma proteína. Os açúcares são primeiro ativados no citosol pela formação de um intermediário açúcar-nucleotídeo (UDP ou GDP), que, então, doa seu açúcar (direta ou indiretamente) ao dolicol em uma sequência ordenada. O dolicol com 2 fosfatos inicia o ciclo. O primeiro passo é a ligação da N-acetilglicosamina ao grupamento fosfato do dolicol por meio de outro fosfato, cedido pela UDP que doa a hexose, com formação de uma ponte pirofosfato a qual ativa o oligossacarídeo para sua eventual transferência do dolicol para uma cadeia lateral da asparagina de um polipeptídeo crescente no lado do lúmen do RER. Depois de a N-acetilglicosamina transferase adicionar 2 N-acetilglicosamina ao grupo fosfato do dolicol, inicia-se a segunda etapa: outras duas moléculas de dolicol fosfato aceitam, respectivamente, quatro manoses e três glicoses, que também são incorporadas uma por vez. Nesse ponto, o dolicol é invertido através da bicamada por uma proteína translocadora, do lado citosólico para o lado do lúmen da membrana do RER. Todas as reações subsequentes de transferência de glicosil no lado do lúmen do RE envolvem transferência de dolicol-P-glicose e dolicol-P-manose; esses monossacarídeos ativados ligados a lipídeo são sintetizados a partir de dolicol fosfato e de UDP-glicose ou de GDP-manose (quando apropriado) no lado citosólico do RE e, então, são invertidos através da membrana do RE. A seguir, no interior do RER, após se desprenderem de seus respectivos dolicóis, as cadeias de quatro manoses e de três glicoses somam-se nessa ordem ao heptassacarídio do dolicol fosfato, que se converte em oligossacarídio de 14 unidades: duas N-acetilglicosaminas, nove manoses e três glicoses^[5].

Implicações[editar | editar código-fonte]

Toda a diversidade de estruturas de oligossacarídeos ligados ao N em glicoproteínas maduras resulta da modificação tardia do oligossacarídeo precursor original: enquanto ainda no RER, três glicoses e uma manose são rapidamente removidas dos oligossacarídeos da maioria das glicoproteínas.

O fato de um dado oligossacarídeo permanecer rico em manose ou ser processado depende em grande parte de sua posição na proteína. Se o oligossacarídeo for acessível às proteínas processadoras no aparato de Golgi, é provável que ele seja convertido a uma forma complexa; se ele estiver inacessível por seus açúcares estarem firmemente presos à superfície proteica, é provável que permaneça na forma rica em manose.^[4]

O-glicosilação[editar | editar código-fonte]

Características Gerais[editar | editar código-fonte]

A glicosilação tipo O é responsável por modular proteínas que podem agir na fisiopatologia de inúmeras doenças, como diabetes mellitus, isquemia, reperfusão, doença de Alzheimer, entre outras^[6].

Esse tipo de glicosilação ocorre exclusivamente no aparato de Golgi (AG), exceto em leveduras, onde foi observado que a síntese de oligossacarídeos O-ligados tem início no Retículo Endoplasmático com a adição de um resíduo de manose.

Etapas[editar | editar código-fonte]

Diferentemente da glicosilação N-ligada, na O-ligada os carboidratos são ligados ao radical -OH de resíduos de serina ou de treonina. O início é dado pela adição de um resíduo de N-acetilgalactosamina (N-GalNAc) a um radical OH dos aminoácidos citados com a ajuda da enzima acetilgalactosamina transferase, em cisternas cis do AG.^[7]. Posteriormente, quando a GalNAc é anexada ao açúcar, a molécula resultante sofre reações por específicas transferases que resultam em diversas estruturas, que são futuramente alongadas ou modificadas por sinalização, sulfatação, acetilação e extensão por polilactosamina^[8]

Em seguida, outros monossacarídeos são sucessivamente introduzidos no processo, adicionados no carboidrato, formando, assim, um oligossacarídeo. A adição de monossacarídeos é feita de forma sequencial nas diferentes cisternas do aparato de Golgi. Esses oligossacarídeos são, em geral, pequenos. Há várias possíveis combinações de monossacarídeos, o que pode acarretar uma diversidade nas estruturas.^[7]

Normalmente, nesse tipo de glicosilação, apenas um monossacarídeo é adicionado por vez e isso resulta em cadeias em geral curtas^[9].

Além do mais, um número de outros açúcares, como frutose, também são descritos na literatura como passíveis de sofrerem glicosilação tipo O através da ação da enzima GalNAc, pois resíduos desta última foram encontrados em coproteínas derivadas da frutose^[8].

P-glicosilação[editar | editar código-fonte]

Este tipo de glicosilação, assim como a tipo C que será descrita mais à frente, são muito menos comuns que as glicosilações tipo N e tipo O.^[10]

Neste caso, o glicídio se ligará a resíduos de serina ou treonina por ligações fosfodiéster.

C-glicosilação[editar | editar código-fonte]

Ocorre quando o açúcar se liga ao carbono do aminoácido, como a α-manose ao grupamento indol do primeiro triptofano da sequência Trp-X1-X2-Trp/Cys, processo favorecido quando X1 é um aminoácido pequeno ou polar (e.g. serina, alanina, glicina ou treonina) e desfavorecido quando é fenialanina ou leucina.^[10]

Glipiação[editar | editar código-fonte]

É a formação de uma ancoragem de glicosilfosfatidililinositol (GPI), por meio da ligação do açúcar do GPI na fosfoetanolamina, a qual é ancorada no grupo C-terminal de uma proteína. No caso, o GPI está conectado covalentemente a um fosfolipídio^[2].

Foi identificada em eucariotos e arqueas. A única função biológica confirmada do GPI é conferir um ancoramento estável na membrana para as proteínas.^[11]

Importância Funcional[editar | editar código-fonte]

A adição de carboidratos nas proteínas altera suas polaridade e solubilidade, já que aqueles são mais hidrofílicos que estas. Assim, a glicosilação pode favorecer certo tipo de enovelamento, por choques estéricos e hidrofóbicos.

Além disso, a carga negativa e o volume do açúcar impede o ataque de enzimas proteolíticas em algumas proteínas. As proteínas podem ser diferentemente glicosiladas a depender do tecido em que são produzidas, o que afeta seu reconhecimento. Essas variações estruturais são denominadas glicoformas teciduais.

Dessa forma, a glicosilação de proteínas envolve reconhecimento e adesão celulares, já que os glicídios tornam aquela região da proteína hidrofílica para que possa funcionar em ambiente aquoso, além de promover comportamentos diferentes para diferentes glicosilações que ocorrerem, estrutura e quimicamente.

Ademais, as glicoproteínas de superfície celular nas células e proteínas como o colágeno de reticulação aprimoram a estabilidade e a força de um tecido. Por exemplo, as glicoproteínas permitem que as plantas se mantenham em pé, contra a força da gravidade.

Elas também atuam na comunicação entre sistemas de órgãos, no terminal sináptico na massa cinzenta cerebral, como hormônios (e.g. HCG e eritropoietina), enzimas, citosinas, fatores de crescimento, fatores de coagulação (protrombina, trombina e fibrinogênio), nos marcadores celulares (grupos MN e ABO), na reprodução sexuada ao permitir a ligação do espermatozoide no ovócito, no muco (mucinas), na inflamação, na atividade anticongelamento e na resposta imune ao determinar o antígeno específico em que se ligarão anticorpos, células B e células T.^[10][11]

Ainda, a N-glicosilação é uma das características estruturais que, por gerar estabilidade térmica, pode dar à proteína a propriedade de alergênio. Assim, ele ganha, muitas vezes, estabilidade e resistência à desnaturação química^[12].

Já a O-glicosilação modula diversas vias de sinalização. Certas proteínas O-glicosiladas com O-GlcNAc promovem o aumento da reatividade vascular para estímulos contráteis. Estudos sugerem que elas desencadeiam uma resposta que envolve a ativação da STIM1/Orai1, o aumento da liberação de Ca²⁺ intracelular e a ativação da via de sinalização da PKC^[2].

Doenças Relacionadas[editar | editar código-fonte]

Mutações em genes codificadores de proteínas e de enzimas responsáveis pela glicosilação podem levar a doenças congênitas (CDGs - congenital disorders of glycosylation, tipo I e II), miopatias ou contribuir para o crescimento de neoplasmas. Nos distúrbios congênitos do tipo 1, as mutações ocorrem a nível gênico, com mutações alélicas. Nos distúrbios do tipo 2, as mutações ocorrem em glicosiltransferases, transportadores de nucleotídeos e proteínas citoplasmáticas responsáveis pelo transporte da maquinaria da glicosilação até o aparato de Golgi^[13].

Um exemplo de CDG, é a Síndrome de Walker-Walburg^[14], uma doença autossômica recessiva rara que causa distrofia muscular congênita e malformação cerebral e ocular - devido à malformação do sistema nervoso ainda no desenvolvimento embrionário. Entre outras etiologias, pode ser originada pela mutação nos genes codificadores das proteínas O-mannosyltransferases 1 e 2 (POMT1 e POMT2)^[15], ocorrendo com maior frequência em casos de consaguinidade. Outra anomalia congênita causada por mutações nos genes da glicosilação (glicogenes, de forma geral) é a Anomalia de Peters (Peter’s-plus Syndrome)^[16], que causa opacidade corneana devido à má formação do segmento anterior do olho, além de retardo mental. Nesse caso, as mutações inativam a enzima beta1,3-glucosiltransferase, responsável por adicionar ramos de açúcar a proteínas (fucose O-ligada) envolvidas na síntese de tetrassacarídeos nos fatores de crescimento epidérmicos (EGFs) e responsáveis pelo desenvolvimento embriológico, remodelação tecidual, angiogênese e neurogênese. A Anemia Diseritropoética Congênita tipo 2 (ou HEMPAS)^[17] é outra doença rara autossômica recessiva, que causa anemia durante toda a vida, desde casos brandos até aqueles que necessitam de transfusão, devido a falhas na eritropoiese (síntese de eritrócitos). Nessa patologia, a falha na glicosilação está relacionada à organização anormal da membrana de eritrócitos, com ausência de polilactosaminas em glicoproteínas de eritrócitos. Estudos apontam que fatores genéticos bloqueiam a glicosilação de aceptores de glicoproteínas e transferem ceramidas polilactosaminil para receptores de lipídios, o que resulta em aumento de glicolipídios da série lacto. Ocorre também um prejuízo na síntese de N-glicanos como N-acetilglicosamino transferase II e alfa-mannosidase II, com a produção de isômeros ou híbridos dessas enzimas, que não possuem a mesma eficiência.

A superexpressão de N-acetilglisoamina-transferase 5 está relacionada ao aumento de metástase em tumores. Seus produtos são responsáveis pela manutenção dos receptores de fatores de crescimento epidérmico (EGFRs) nas membranas celulares, aumentando sua resistência e sinalização para o crescimento nas células cancerígenas.

Referências

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