Revista de glucómica y lipidómica
Acceso abierto

abstracto

Sugary Logistics Gone Wrong: Membrane Trafficking and Congenital Disorders of Glycosylation

Peters T. A. Linders

La glicosilación es una modificación postraduccional importante tanto para las proteínas intracelulares como para las secretadas. Para que ocurra la glicosilación, la carga debe transportarse después de la síntesis a través de los diferentes compartimentos del aparato de Golgi, donde los distintos monosacáridos se unen y recortan secuencialmente, lo que da como resultado estructuras ramificadas de glicanos cada vez más complejas. De suma importancia para este proceso es el entorno intraorgánico del aparato de Golgi. Cada compartimento de Golgi tiene un pH distinto, que es mantenido por la H ⁺ -ATPasa vacuolar (V-ATPasa). Además, los factores de anclaje como Golgins y el complejo de Golgi oligomérico conservado (COG), junto con el coatómero (COPI) y la fusión de membrana mediada por el receptor de la proteína de fijación del factor sensible a la N-etilmaleimida soluble (SNARE), brindan de manera eficiente la glicosilación.enzimas al compartimento de Golgi derecho. Juntos, estos factores mantienen el tráfico intra-Golgi de proteínas involucradas en la glicosilación y, por lo tanto, permiten una glicosilación adecuada. Sin embargo, las mutaciones patogénicas en estos factores pueden causar una glicosilación defectuosa y dar lugar a enfermedades con una amplia variedad de síntomas, como disfunción hepática y de la piel.y trastornos óseos. En conjunto, este grupo de trastornos se conoce como trastornos congénitos de la glicosilación (CDG). Los avances tecnológicos recientes han permitido la identificación robusta de nuevos CDG relacionados con componentes de tráfico de membrana. En esta revisión, destacamos las diferencias y similitudes entre los CDG relacionados con el tráfico de membranas. La conjugación de estructuras de oligosacáridos a proteínas, la glicosilación, es una modificación postraduccional fundamental y omnipresente que se encuentra en todos los dominios de la vida. La glicosilación no solo es importante para la estructura y función de las proteínas, sino también para su tránsito y selección selectiva a través de la vía secretora. En los mamíferos, se necesitan aproximadamente 700 proteínas para generar la diversidad completa de más de 7000 estructuras de glicanos. La adición de estructuras de glicanos en vertebrados es un proceso secuencial e implica tanto la adición de monosacáridos mediante glicosiltransferasas como el recorte de glicanos mediante glicosidasas. Solo se requieren diez monosacáridos diferentes para construir el espectro completo de glicanos: fucosa (Fuc), galactosa (Gal), glucosa (Glc), N-acetilgalactosamina (GalNAc), N-acetilglucosamina (GlcNAc), ácido glucurónico (GlcA), manosa ( Man), ácido siálico (SA, también conocido como ácido neuramínico), xilosa (Xyl) y ribitol recientemente identificado. En los vertebrados, la síntesis de N-glicanos se inicia en el RE como un precursor de 14 monosacáridos en el lípido portador dolicol. Durante la traducción, este glucano es transferido por la oligosacariltransferasa (OST) desde el dolicol al polipéptido naciente en las secuencias del péptido aceptor, que generalmente consisten en un motivo Asn-X-(Ser/Thr). Los restos de glucosa distales de estas estructuras de glicano inmaduras, con alto contenido de glucosa y manosa, se recortan posteriormente antes de la entrada en Golgi; un paso importante en el control de glicoproteínas mal plegadas en el RE. Luego, las glicoproteínas salen del ER a través, por ejemplo, del receptor de carga ERGIC-53 y se transportan al aparato de Golgi para su posterior procesamiento. En el aparato de Golgi, las glicoproteínas se recortan, extienden y ramifican hasta que alcanzan su forma final de glicano. El aparato de Golgi de los mamíferos es un solo orgánulo perinuclear grande, organizado en compartimentos discretos o cisternas. El Golgi se puede subdividir en cis-Golgi, el más cercano al RE, medial-Golgi, trans-Golgi y la red trans-Golgi (TGN), la más alejada del núcleo. Además, los mamíferos tienen un compartimento pre-Golgi conocido como compartimento intermedio ER-Golgi (ERGIC, anteriormente conocido como el grupo vesicular-tubular (VTC)). Las glicoproteínas recién sintetizadas que emanan del RE ingresan al aparato de Golgi en el cis-Golgi, pasan secuencialmente a través del Golgi medial y trans, y finalmente, salen del Golgi en el TGN. La compartimentación del Golgi permite entornos distintos que contienen subconjuntos de enzimas de glicosilación, lo que permite modificaciones secuenciales para la formación de glicoproteínas completamente maduras. La organización de Golgi-residente permitiendo modificaciones secuenciales para la formación de glicoproteínas completamente maduras. La organización de Golgi-residente permitiendo modificaciones secuenciales para la formación de glicoproteínas completamente maduras. La organización de Golgi-residenteenzimas y el propio aparato de Golgi difieren entre los tipos de células, lo que contribuye a la diversidad de glicoproteínas. Dos ejemplos son la distribución de las α-manosidasas I y II, que se localizan principalmente en el trans-Golgi en las células caliciformes intestinales, pero se distribuyen en todas las cisternas del aparato de Golgi en los hepatocitos, cuyas consecuencias funcionales se desconocen actualmente. La glicosilación eficiente se basa completamente en la localización correcta de las enzimas de glicosilación, así como en la entrega de otra maquinaria de glicosilación, como transportadores de azúcar de nucleótidos y proteínas de carga para glicosilarse en el compartimento de Golgi correcto. Un factor importante implicado en el correcto tráfico de enzimas de glicosilaciónes el mantenimiento del pH dentro del aparato de Golgi. En las células eucariotas, la principal bomba de protones para la regulación del pH intraorgánico es la H ⁺ -ATPasa vacuolar (V-ATPasa). El dominio V ₀ de la membrana  ancla este complejo en la membrana, y el dominio V ₁  es citosólico. El dominio V ₀  contiene seis subunidades diferentes (a, d, e, c, c' y c''). Este dominio funciona como un translocador de protones a través de la membrana, lo que no solo produce un gradiente de pH, sino también un cambio en el potencial de la membrana, que es neutralizado por contraiones como K ⁺  y ^Cl- . El dominio V ₁ citosólico  contiene ocho subunidades (AH), y su función principal es la hidrólisis de ATP.para proporcionar la energía necesaria para el gradiente de pH. En los mamíferos, la especificidad de la localización de la V-ATPasa está codificada en la subunidad V _{0 a, ya que existen cuatro isoformas únicas (V 0} a1-4). Esto contrasta con Saccharomyces cerevisiae, que tiene solo dos isoformas únicas (Vph1p y Stv1p) . La diversidad en las subunidades V ₀ a es probablemente importante para funciones específicas dependientes del tipo de célula y la regulación diferencial del pH en diferentes orgánulos. La isoforma V ₀ a1 está dirigida a las vesículas secretoras y la V ₀ a2 al aparato de Golgi y los endosomas, y la V ₀ a3, altamente expresada en macrófagos y osteoclastos, está enriquecida en endosomas tardíos y lisosomas, mientras que la V ₀a4 se expresa principalmente en el riñón, el oído interno y el cuerpo ciliar ocular. La V-ATPasa asegura un pH constante en los distintos compartimentos de Golgi, que oscila entre 6,7 para el cis-Golgi y 6,0 para el trans-Golgi. Dado el pH óptimo de las enzimas de glicosilación, este gradiente de pH podría restringir la actividad de las enzimas de glicosilación.a su compartimiento objetivo de Golgi. Sin embargo, esta podría no ser la explicación completa considerando la amplia distribución de pH óptimo y las pequeñas diferencias en el pH absoluto entre las cisternas. En su lugar, o además, la unión y liberación sensibles al pH a los adaptadores de carga podría garantizar la localización correcta de la enzima en el compartimento de Golgi objetivo. Existen varios modelos para las rutas de tráfico en el Golgi, pero el modelo más favorable de tráfico de membranas dentro del Golgi es el modelo de maduración cisternal. La maduración cisternal es la conversión gradual de un compartimento de Golgi mediante el suministro de proteínas y lípidos de compartimentos de Golgi más maduros concomitante con la eliminación de proteínas y lípidos de Golgi de compartimentos de Golgi anteriores por el tráfico de membrana retrógrado mediado por coatómero (complejo de proteína de cubierta I; COPI) . Antes de la fusión de la membrana de estas vesículas de COPI, un conjunto de instrumentos moleculares orquesta la orientación correcta de las vesículas hacia y dentro del aparato de Golgi. Un grupo importante de tales factores de tráfico es la familia de Golgin, que consta de grandes proteínas en espiral que se asocian con la membrana de Golgi. Los golgins forman una red tentacular en el citosol que ata de manera eficiente y selectiva las vesículas de carga. Al mismo tiempo, las Golgins pueden actuar como proteínas de andamiaje para pequeñas GTPasas Rab o Arf. En Golgi, Rab6 y Rab30 pueden reclutar efectores, como la proteína motora miosina II del citoesqueleto, para el tráfico de vesículas. Completando el conjunto está el complejo de anclaje oligomérico conservado de Golgi (COG), un complejo proteico hetero-octamérico que une la membrana de Golgi y las vesículas COPI. Finalmente, cuando la membrana de Golgi y la vesícula COPI sin recubrimiento están lo suficientemente cerca, se produce la fusión de la membrana. La fusión de membranas se realiza mediante proteínas solubles del receptor de la proteína de unión al factor sensible a la N-etilmaleimida (SNARE). Dado que la glicosilación es un proceso tan extenso con una multitud de factores diferentes que operan juntos para la remodelación secuencial de los restos de glicano, solo ligeras alteraciones pueden tener implicaciones importantes en la glicosilación. Como tal, se han identificado más de 100 enfermedades monogénicas caracterizadas por glicosilación disfuncional, que forman un grupo conocido colectivamente como trastornos congénitos de glicosilación (CDG). Un gran subconjunto de estos incluye variantes genéticas en las proteínas de tráfico mencionadas anteriormente, pero también en subunidades de la vacuolar H La fusión de membranas se realiza mediante proteínas solubles del receptor de la proteína de unión al factor sensible a la N-etilmaleimida (SNARE). Dado que la glicosilación es un proceso tan extenso con una multitud de factores diferentes que operan juntos para la remodelación secuencial de los restos de glicano, solo ligeras alteraciones pueden tener implicaciones importantes en la glicosilación. Como tal, se han identificado más de 100 enfermedades monogénicas caracterizadas por glicosilación disfuncional, que forman un grupo conocido colectivamente como trastornos congénitos de glicosilación (CDG). Un gran subconjunto de estos incluye variantes genéticas en las proteínas de tráfico mencionadas anteriormente, pero también en subunidades de la vacuolar H La fusión de membranas se realiza mediante proteínas solubles del receptor de la proteína de unión al factor sensible a la N-etilmaleimida (SNARE). Dado que la glicosilación es un proceso tan extenso con una multitud de factores diferentes que operan juntos para la remodelación secuencial de los restos de glicano, solo ligeras alteraciones pueden tener implicaciones importantes en la glicosilación. Como tal, se han identificado más de 100 enfermedades monogénicas caracterizadas por glicosilación disfuncional, que forman un grupo conocido colectivamente como trastornos congénitos de glicosilación (CDG). Un gran subconjunto de estos incluye variantes genéticas en las proteínas de tráfico mencionadas anteriormente, pero también en subunidades de la vacuolar H Dado que la glicosilación es un proceso tan extenso con una multitud de factores diferentes que operan juntos para la remodelación secuencial de los restos de glicano, solo ligeras alteraciones pueden tener implicaciones importantes en la glicosilación. Como tal, se han identificado más de 100 enfermedades monogénicas caracterizadas por glicosilación disfuncional, que forman un grupo conocido colectivamente como trastornos congénitos de glicosilación (CDG). Un gran subconjunto de estos incluye variantes genéticas en las proteínas de tráfico mencionadas anteriormente, pero también en subunidades de la vacuolar H Dado que la glicosilación es un proceso tan extenso con una multitud de factores diferentes que operan juntos para la remodelación secuencial de los restos de glicano, solo ligeras alteraciones pueden tener implicaciones importantes en la glicosilación. Como tal, se han identificado más de 100 enfermedades monogénicas caracterizadas por glicosilación disfuncional, que forman un grupo conocido colectivamente como trastornos congénitos de glicosilación (CDG). Un gran subconjunto de estos incluye variantes genéticas en las proteínas de tráfico mencionadas anteriormente, pero también en subunidades de la vacuolar H⁺ -ATPasa y sus factores de ensamblaje. Los avances tecnológicos recientes en el diagnóstico de CDG han permitido un análisis más completo de los trastornos de glicosilación. Los nuevos métodos de espectrometría de masas para detectar cambios en la glicosilación junto con la secuenciación de próxima generación para detectar nuevas mutaciones genómicas son una poderosa combinación para el interrogatorio de los componentes de tráfico de membrana en las CDG. Esta revisión sirve para proporcionar una descripción general completa de los CDG relacionados con el tráfico y para formar una comprensión detallada de cómo el tráfico de Golgi influye en la glicosilación.