Pelajari tentang GLIKOPROTEIN

GLIKOPROTEIN

DR. AY LY MARGARET,M.BIOMED.

12 AGUSTUS 2021

DEPARTEMEN BIOKIMIA FKIK UAJ

TUJUAN PEMBELAJARAN

• Memahami glikan yang terdapat pada glikoprotein

• Kelas2 glikoprotein (N-linked, O-linked, Proteoglikan, GPI-linked)

• Memahami proses Glikosilasi

• Peran glikoprotein pada kondisi fisiologis dan patologis

APA ITU GLIKOPROTEIN ?

• Glikoprotein = protein yang mengandung glikan (rantai oligosakarida) pada rantai samping asam amino, lewat ikatan kovalen

• Glikoprotein ditemukan pada semua organisme

• Glikosilasi = proses glikan menempel pada protein, lipid atau molekul organik lain (konjugat) secara enzimatik

•

Glikosilasi protein merupakan cara memodifikasi protein post translasi untuk meningkatkan fungsi protein

• Lokasi sintesis : RER dan badan golgi (cis, medial, dan trans)

Harper. Ilustrated Biochemistry. Chapter 46.

Mark’s. Basic Medical Biochemistry. Edisi 4. Chapter 30

APA ITU GLIKOPROTEIN?

O glikosilasi : banyak di intraselular, berhubungan dengan protein

signaling dan mekanisme intraseluler N glikosilasi : predominan di protein sirkulasi

Sintesis N glikan mudah dipengaruhi kondisi inflamasi, autoimun, dan

patofisiologi proses aging

J Clin Med. 2020 Feb; 9(2): 354.

APA SAJA YANG TERMASUK GLIKOPROTEIN ?

• Protein plasma

• Molekul struktur

• Lubrikan & agen proteksi

• Molekul transpor

• Imunitas

• Hormon

• Enzim

• Semua protein plasma, kecuali albumin

• Kolagen

• Musin

• Transferin, seruloplasmin

• Ig, antigen histocompatibility

• ^{hCG, TSH}

• Alkalin fosfatase, AAT

APA SAJA YANG TERMASUK GLIKOPROTEIN?

Cell attachment-recognition site

Interaksi dg KH spesifik Reseptor

Pelipatan protein (folding) Hemostasis (dan trombosis)

• Iinteraksi sperma-oosit, virus-sel, bakteri-sel, hormon-sel

• lectin, selectin

• kerja hormon dan obat

• calnexin, calreticulin

• permukaan membran platelet

JENIS GLIKAN

Gula Tipe Singkatan Gula Nukleotida Keterangan

Galaktosa Heksose Gal UDP-Gal Ditemukan pada subterminal

NeuAc pada N-linked

glikoprotein, inti trisakarida dari proteoglikan

Glukosa Heksose Glc UDP-Glc Terdapat pada biosintesis N-linked

glikoprotein, faktor pembekuan darah

Mannose Heksose Man GDP-Man Gula yg umum pada N-linked

glikoprotein N-acetylneuraminic acid Asam

Sialat

NeuAc CMP-NeuAc Terminal sugar pada N- dan O-linked glikoprotein

JENIS GLIKAN

Gula Tipe Singkatan Gula-nukleotida Keterangan

Fucose Deoxyheksose Fuc GDP-Fuc Berikatan dengan residu GlcNAc yg

menempel pada Asn di N-linked glikoprotein

N-acetylgalactosamin aminoheksose GalNAc UDP-GalNAc Terdapat pada N- dan O-linked glikoprotein

N-acetylglucosamine aminoheksose GlcNAc UDP-GlcNAc Terdapat pada N- dan O-linked glikoprotein

xylose pentose xyl UDP-Xyl Xyl ditempelkan pada OH dari Ser dari

beberapa proteoglikan, pada tPA dan faktor pembekuan tertentu

ADA BERAPA KELAS GLIKOPROTEIN ?

•  

KELAS

GLIKOPROTEIN

J. Lipid Res. 2016. 57: 1778–1788.

https://pixfeeds.com/uploads/images/1/114/5409973-1280_basic-structure-of-proteoglycans.png

KELAS GLIKOPROTEIN

APA ITU GLIKOPROTEIN ?

• Proses utamanya terjadi di cis, medial, dan trans badan golgi (protein sorting, packaging, and secretion)

• Glikoprotein ditranspor dari RE to cis golgi (sisterna proksimal) 🡪 medial golgi 🡪 trans golgi untuk penyimpanan sementara.

• Trans golgi terdapat banyak vesikel yang mengandung glikoprotein 🡪 ditranspor menuju destinasi2 (butuh energi)

• peran glikosiltransferase dan glikosidase di badan golgi dipengaruhi oleh

ketersediaan substrat, aktivitas enzim

N-GLIKOSILASI

• Umumnya protein dimodifikasi oleh N-glikosilasi (pelekatan GlcNAc ke atom nitrogen rantai samping Asn via ikatan glikosidik)

• 3 tahapan

• Sintesis dolichol-linked oligosakarida (prekursor lipid) di membran RE

•

Melibatkan glikosiltransferase

• Transfer prekursor oligosakarida ke protein di lumen RE melalui oligosaccharyltransferase (OST)

• Residu glukosa disingkirkan oleh alfa glukosidase (Glc I-II) dan residu manosa disingkirkan oleh alfa mannosidase

• Setelah checkpoint, glikoprotein ditranspor ke badan golgi utk proses modifikasi lanjutan oleh

alfa mannosidase I dan II. Distribusi dari cis ke trans golgi melibatkan GlcNAc transferase I-IV,

Galaktosiltransferase, dan Sialiltransferase.

O-GLIKOSILASI

• Proses dimulai di badan golgi

• Yang membedakan O glikan satu dengan O glikan lain : additional sugar yang ditambahkan ke initial sugar

• Tipe O linked :

•

O glikan tipe musin (GalNAc = glikan inisial), banyak terdapat di ekstraseluler dan glikoprotein sekresi

•

O-linked fucose (Fuc) dan O-linked Man, banyak terdapat pada protein spesifik seperti EGF

•

O-GlcNAc, disintesis O-GlcNAc transferase, terjadi di nukleus dan sitosol.

PROTEOGLIKAN (GAG-PROTEIN)

• Glikoprotein matriks ekstraseluler

• GAG (mukopolisakarida) : polisakarida panjang tdk bercabang, tdd unit disakarida berulang (spt mukus) via O-linked glycosylation

a.

Non sulfated GAG : asam hialuronat

b.

Sulfated GAG : kondroitin sulfat, heparin sulfat, keratan sulfat, dermatan sulfat

• GAG ditemukan di kolagen, elastin, cairan sendi, cairan mata, berikatan dengan antitrombin 3🡪 antikoagulan, matriks ekstrasel kulit

• GAG penting dalam pembentukan glycocalyx (struktur untuk mempertahankan

membran sel)

FUNGSI OLIGOSAKARIDA PADA GLIKOPROTEIN

• Mempengaruhi solubilitas, viskositas, muatan listrik, bentuk, denaturasi, serta situs pengikatan berbagai molekul, bakteri, virus, dan parasit

• Proteksi terhadap proteolisis

• Mempengaruhi aktivitas biologis, misal : hormon

• Mempengaruhi migrasi intrasel, sorting , dan sekresi

• Mempengaruhi pembentukan embrionik dan diferensiasi

• Mempengaruhi metastasis sel kanker

Nature Review 2019;15 : 351

Abnormalitas pembentukan oligosakarida pada prekursor glikolipid sebelum menempel pada residu Asn protein

defek pengaturan N-linked branching structure

Mutasi enzim yan gberperan pada pembentukan substrat

CONGENITAL DISORDER GLYCOSYLATION

P-GLIKOPROTEIN

Suatu polipeptida terdiri dari 1280 AA Proses N-glikosilasi

ATP Binding Cassette (ABC) transporters adalah universal detoxifiers

Fungsi : mentransport zat keluar dari sel atau masuk ke dalam lumen intrasel

P-glycoprotein dikode oleh gen MDR1 (ABCB1) gene

Molecules 2018, 23, 337

Molecules 2018, 23, 337

P- GLIKOPROTEIN

• P glikoprotein : drug efflux pump (ABCB1)

• Aktivitas drug efflux P glikoprotein

~ mekanisme MDR (multi drug resistance)

• Byk terdapat di sel mukosa usus halus, sel endotel (Blood Brain Barrier) mencegah absorpsi toksin, tubulus proksimal ginjal dan

hepatosit (mengeluarkan metabolit larut dalam urin), serta empedu (metabolit yang kurang larut air)

P-GLIKOPROTEIN

•

Kekurangan suplai oksigen dan glukosa, perubahan mekanisme simpanan kalsium, gangguan proses N-glikosilasi di RE 🡪 RE Stres

•

RE stres ditandai dengan : peningkatan unfolded protein dan aktivasi unfolded protein response (UPR)

•

Peran UPR : modifikasi jalur protein folding, menyingkirkan misfolding protein, dan inhibisi proteosintesis

•

RE stres yang menetap 🡪 kematian sel via UPR

•

Sel neoplasma switch UPR 🡪 escape 🡪 pro survival

•

Overekspresi P-glikoprotein pada sel kanker 🡪 resistensi obat antrasiklin, vinka alkaloid, aktinomisin, taksol, alkilating agent, peptide antibiotic

P-GLIKOPROTEIN

Ada 3 sensor RE stress yang mengatur UPR :

• inositol-requiring enzyme 1α (IRE1α),

• pancreatic ER kinase (PERK), dan

• activating transcription factor 6 (ATF6)

Molecules 2018, 23, 337

FUNGSI GLIKOPROTEIN – SISTEM IMUN

• Reseptor imun yang diekspresikan oleh sel imun innate dan adaptif mengenali glikan pada permukaan sel mikroorganisme

•

Cth : lipopolisakarida (bakteri), peptidoglikan, asam teikoat, polisakarida kapsular, mannan fungus

• Mendasari pembentukan vaksin

•

Polisakarida kapsular 🡪 vaksin pneumokokus

•

HIV-1 envelope 🡪 vaksin HIV 1 ( in progress)

• Interaksi sel endotelial-leukosit 🡪 leukocyte trafficking & recruitment to sites of injury

• Interaksi sel endotelial-Sitokin pro inflamasi 🡪 inflammatory vascular disease

IMUNOGLOBULIN G

• Ig G punya 2 light chain, 2 heavy chain, dan Fc region

• Fc region mengandung 2 N-glikan, melekat pada Asn297 (berperan dalam integritas struktur Fc dan interaksi dg Fcy dan komplemen)

Komposisi glikan mempengaruhi aktivitas biologis

• IgG defisiensi asam sialat dan Gal 🡪 pro inflamasi

Cth : RA, SLE, IBD, HIV, infeksi mikobakterial

• Ig G sialylated glycan 🡪 anti inflamasi

https://doi.org/10.1038/s41581-019-0129-4

FUNGSI GLIKOPROTEIN - HCG

Diagnostics 2019, 9, 156

Terdiri dari 145 asam amino subunit beta dan 92 asam amino subunit alfa A. Subunit alfa : 2 N-glikan di Asn 52 dan Asn 78

Subunit beta : 2 N-glikan di Asn 13 dan Asn30, 4 O-glikan di Ser121, Ser127, Ser132, Ser 138

(struktur protein yang dijumpai pada kehamilan)

B. Hiperglikosilasi subunit B (hCGh) 🡪 keganasan

GLIKOPROTEIN-HCG

• subunit alfa identik dan subunit beta unik 🡪 heterodimer

• Dihasilkan oleh trofoblas plasenta (kehamilan minggu 8-10)

• Peran penting : fungsi reproduksi (upregulasi progesteron dan testosteron, ovulasi dan spermatogenesis), tumor marker

• overekspresi subunit beta hCG (tumor epitelial, pankreas, dan kolorektal)🡪

Menghambat apoptosis dan meningkatkan metastasis

dx.doi.org/10.1021/ja503545r | J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8450−8458

GLIKOPROTEIN-ENZIM ALFA 1 ANTITRIPSIN

• Termasuk Inhbitor Serin Protease

• Merupakan rantai polipeptida yg tersusun dari 394 AA

• N -linked oligosakarida : 3 residu Asn 70, Asn 107, dan Asn 271

• AAT disintesis dan disekresi di hepar, makrofag, monosit, neutrofil, sel intestinal dan epitel bronkial

• Termasuk salah satu protein fase akut : kadar dalam darah meningkat ketika terjadi inflamasi atau pasca infeksi

AGP, HPT, ACT, fetuin, transferin dan fibrinogen

GLIKOFORM ALFA 1 ANTITRIPSIN

GLIKOPROTEIN – ENZIM ALFA 1 ANTITRIPSIN

• Sebagai antiprotease 🡪 menjaga keseimbangan protease/antiprotease

• 🡪 proteksi jaringan dari degradasi oleh serin protease

• Defisiensi AAT 🡪 risiko tinggi terjadinya emfisema paru dan sirosis hepar

• Berhubungan dengan mutasi Z (Glu342Lys) and S (Glu264Val) :

• Terjadi substitusi asam glutamat menjadi lisin atau valin pada posisi 342 dan 264 dari rantai polipeptida

dx.doi.org/10.1021/pr500146y | J. Proteome Res. 2014, 13, 3131−3143

HUBUNGAN GLIKOSILASI – GLIKASI PADA

HIPERGLIKEMIA

GLIKOSILASI - DIABETES MELLITUS

• O-GlcNAc glycosylation berperan penting pada mekanisme kontrol selular secara umum dan pada kondisi Diabetes (respon sel terhadap insulin )

• UDP-GlcNAc (produk biosintesis heksosamin) sebagai substrat untuk OGT (menambahkan GlcNAc ke residu Ser dan atau Thr ) 🡪 O-GlcNAc glikosilasi

• Jalur biosintesis heksosamin berfungsi sebagai sensor dan meregulasi respon selular terhadap insulin ( pengaturan kadar UDP-GlcNAc)

• O-GlcNAc glycosylation 🡪 meningkatkan produksi insulin sel beta pankreas sebagai respon terhadap kadar glukosa darah yang meningkat

• Percobaan pada tikus :

Defek N glikosilasi (inaktif N-asetilglukosaminiltransferase-IVa) 🡪 gangguan pelepasan insulin

🡪 hiperglikemia

https://doi.org/10.1038/s41581-019-0129-4

BIOSINTESIS HEKSOSAMIN

Kidney International, Vol. 58, Suppl. 77 (2000), pp. S-13–S-18

GLIKASI – DIABETES MELLITUS

Redox Biology 2 (2014) 411–429

HbA1C (Produk Amadori) surrogate marker kadar gula darah rata-rata pada 3 bulan sebelumnya Pembentukan AGE :

1. Autooksidasi produk Amadori (jalur Hodge) 2. Degradasi lipid dan as.

Amino 🡪memecah

dikarbonil dari schiff base

🡪 (jalur Namiki) 3. Autooksidasi

monosakarida (glukosa, ribose, fruktose,

gliseraldehid) 🡪 karbonil terbentuk (jalur Wolff)

GLIKASI –DIABETES MELLITUS

• Gula pereduksi (misal : glukosa) bereaksi non enzimatik dengan gugus amino protein, lipid, atau asam nukleat 🡪 schiff base 🡪 produk Amadori 🡪 AGE

• Glukosa memiliki laju glikasi pembentukan AGE terlambat, sedangkan

glukosa 6 P dan fruktosa memiliki laju glikasi pembentukan AGE lebih cepat

• Sumber AGE : endogen dan eksogen (makanan, rokok)

• AGE 🡪 diabetic retinopati , katarak, diabetic neuropati, diabetic

aterosklerosis

GLIKOPROTEIN - KANKER

https://doi.org/10.1038/s41581-019-0129-4

Pertumbuhan tumor tergantung kemampuan bypass checkpoint, death signal, immune surveilance, mampu metastasis.

Perubahan terkait

glikosilasi 🡪 timbul kanker Cth : ekspresi ST6GalI (salah satu enzim glikosil transferase) meningkat 🡪 jalur pro survival,

hambatan apoptosis,

aktivasi jalur pertumbuhan

GLIKOPROTEIN - KANKER

• A. Hipoksia neningkatkan ekspresi dan aktivitas ST6Gall 🡪 Alfa 2,6 sialylation meningkat 🡪 upregulasi HIF1 alfa dan ekspresi pro survival gen target HIF1 alfa (Growth factor dan transporter

glukosa)

• B. sialylation reseptor FAS oleh ST6GAll🡪 menghambat inisiasi sinyal apoptosis FAS ligand

• C. Peningkatan ekspresi ST6GalI 🡪 α2,6-sialylation epidermal growth factor receptor (EGFR) meningkat 🡪 aktivitas tyrosine

kinase meningkat 🡪 meningkatkan aktivasi gen pertumbuhan dan

pro survival

GLIKOPROTEIN - KANKER

• D. Pada sel yang ekspresi ST6GalI rendah 🡪 α2,6 sialylation menurun 🡪 aktivasi tumour necrosis factor (TNF) receptor 1 (TNFR1) 🡪 apoptosis

peningkatan α2,6 sialylation pada TNFR 🡪 mencegah apoptosis

• E. α2,6-Sialylation of β1 integrin oleh ST6GalI 🡪 hypersialylation 🡪 menghambat β1 integrin berikatan dengan protein matrix seperti

collagen tipe 1 dan fibronectin --> motilitas sel dan invasi meningkat 🡪

metastasis

GLIKOSILASI – INFEKSI VIRUS

• SARS-CoV-2 : virus berselubung, family of Betacoronavirus, subfamily of Sarbecoronavirus

• 4 protein struktural (luar ke dalam): spike (S) glycoprotein, membrane (M) protein, envelope (E) protein dan nucleocapsid (N) protein

• N-glikosilasi dan O-glikosilasi

Vaccines 2020, 8(4), 649; https://doi.org/10.3390/vaccines8040649

GLIKOSILASI – INFEKSI VIRUS

Glikosilasi mempengaruhi infeksi SARS CoV2 via beberapa level :

1. Virus replikasi dan eksositosis 2. Virus binding dan entry to host cell 3. Respon imun innate dan adaptif

Ikatan glycoprotein S dari SARS-CoV-2 terhadap reseptor ACE2 10- 20 kali dari SARSCoV-1

Viral Immunology 2021;34(3) https://doi.org/10.1089/vim.2020.0174

GLIKOSILASI VIRUS – REPLIKASI DAN EKSOSITOSIS

• Glikoprotein virus mengalami N-glikosilasi dan O-glikosilasi selama proses transit dari RE, ERGIC, dan badan golgi (memanfaatkan sel inang)

• glikoprotein S berperan penting dalam menginfeksi sel inang

• Glikoprotein S adalah protein transmembran tipe 1 tersusun dari 1255 asam amino, suatu trimer

• Protein S mengandung subunit S1 (N-terminal domain dan receptor binding domain) dan S2 (membran domain for fusion to host cell membrane)

• 22 N-glikosilation (terdiri dari glikan oligomanose, tipe hibrid, dan tipe kompleks) dan 3

O-glikosilation

PENGIKATAN DAN MASUKNYA VIRUS

1. Interaksi protein S – heparan sulfat

2. Interaksi dengan reseptor ACE2 (sel epitel alveolus tipe 2, saluran cerna, jantung, ginjal, endotelium)

3. Interaksi dengan asam sialat 4. Interaksi dengan lectin

PENGIKATAN DAN MASUKNYA VIRUS

1.

Heparan sulfat berinteraksi dengan RBD unit S1 🡪perubahan struktur S menjadi konformasi terbuka utk memfasilitasi ikatan ACE2

2.

Menggunakan reseptor ACE2 (glikoprotein membran) di permukaan sel sebagai pintu masuk melalui glikan-glikan, glikan-protein

sialylated complex type glycan pada N090 dan N322 dari ACE2 membentuk interaksi glikan-protein dengan beberapa regio dari S trimer

N glikan tipekomplek dan hibrid pada N546 ACE2 berkontak dengan glikan N0074 dan N0165 pada N terminal domain protein S

3.

S protein memiliki sialic acid binding pocket pada N-terminus

4.

N-glikan pada RBD unit S1 posisi N331 dan N343 berikatan dengan lectin lectin mengenali ligan spesifik pada glikan tipe kompleks

RESPON IMUN INNATE DAN ADAPTIF

• Glikan determinan antigen golongan darah ABO memiliki potensi imunitas 🡪 mekanisme protektif (~glikosilasi protein S)

• Golongan darah O berisiko rendah terinfeksi

• Gol darah A dan B, N-asetilgalaktosamin dan galaktosa ditambahkan ke antigen H dengan bantuan enzim glikosiltransferase A atau B

• Gol darah O (O alel= null alel) aktivitas glikosoltransferase kurang 🡪 antigen H tidak termodifikasi

• Paparan mikrobiota 🡪 pelepasan antibodi A dan antibodi B 🡪 mencegah infeksi

GLIKOPROTEIN – GOLONGAN DARAH

• Antigen golongan darah pada permukaan eritrosit adalah glikan yang akan berkonjugasi dengan lipid atau protein

• Gol O : ekspresi antigen H (prekursor antigen A dan B)

• Antigen gol darah mempengaruhi ikatan bakteri atau virus ke permukaan sel inang 🡪 faktor risiko penyakit inflamasi kronis

https://doi.org/10.1038/s41581-019-0129-4

TERIMA KASIH

GLIKOPROTEIN-AAT

 

J. bras. pneumol. 34 (7) • July 2008 • https://doi.org/10.1590/S1806-37132008000700012