Białka 3

Wydział Lekarski

Akademia Medyczna

we Wrocławiu

Wykład z biochemii

Glikacja białek

Produkty zaawansowanej glikacji (advanced glycation end-

products,

AGE

) tworzą się podczas spontanicznych reakcji aldehydów

i białek, kumulują się w tkankach i modyfikują wiele ważnych białek.

Nie-enzymatyczna glikozylacja zwana glikacją odgrywa

zasadniczą rolę w chorobach związanych z cukrzycą (diabetes) i

procesami starzenia

(Thornalley 1998).

Ogólnie reakcje glikacji nazywane są reakcjami

Maillarda

od

nazwiska francuskiego uczonego - Louis Camille Maillarda, który w

1912 roku pierwszy raz zaobserwował reakcję między białkiem a

cukrem.

Produkty glikacji są bardzo heterogenne i tylko kilka z nich do

tej pory zidentyfikowano, np. pentozydyna, karboksymetylolizyna,

argpirymidyna. W praktyce nie ma testu na rutynowe laboratoryjne

wykrywanie AGE w płynach ustrojowych.

Obecnie uważa się, że glikacja jest procesem fizjologicznym,

gdyż w organizmie na powierzchni komórek znajdują się receptory dla

AGE, czyli

RAGE

. Nadmierna glikacja jest zjawiskiem patologicznym.

AGE są degradowane w lizosomach do mniejszych cząsteczek,

usuwanych następnie przez nerki.

Właściwości biochemiczne produktów

Właściwości biochemiczne produktów

glikacji

glikacji

Charakterystyczna żółto-brązowa barwa,
absorbcja światła o długości fali 290 – 370 nm

Fluorescencja w zakresie 350 – 570 nm (E

x

=

295 – 370nm)

Tworzenie nierozpuszczalnych agregatów
przez białkowe usieciowane AGE

Oporność białkowych AGE na działanie
proteaz

Tworzenie się zaawansowanych produktów

glikacji

CHO

OH

H

CH

3

OH

OH

H

H

HO

H

CH

2

NHR

H

COR

HC

OH

H

CH

3

OH

OH

H

H

HO

H

N

C

H

2

H

2

C

CH

2

H

2

C

H

2

C

CH

2

NH

2

NHR

H

COR

H

2

C

C

H

CH

3

OH

OH

H

H

HO

H

N

C

H

2

H

2

C

CH

2

NHR

H

COR

AGEs

Schiff base
formation

Amadori
rearangement

Secondary

reactions

glucose

(reducing

carbohydrate)

protein

(lysine
moiety)

O

Schiff
base

Amadori

product

białko

produkt

Amadoriego

niezidentyfikowa

ne połączenia

piralina

zasada

Schiffa

glukoza

N

H

N

N

N

H

+

pentozydyna

O

H

O

O

H

OH

O

H

OH

NH

2

OH

OH

OH

OH

OH

H

N

OH

O

OH

OH

OH

H

N

H

NH

2

CH

2

R1

O

O

O

R1

H

O

O

2

-

H

2

O

2

N

CH

2

OH

OHC

GLIKOWANE

BIAŁKO

WCZESNE

PRODUKTY

GLIKACJI

AG

E

reaktywne
produkty
pośrednie

Mechanizm tworzenia AGE

Najwa

Najwa

ż

ż

niejsze z

niejsze z

poznanych

poznanych

struktur AGE

struktur AGE

N

H

N

N

N

Arg

Liz

+

N

CH

2

OH

Liz

CHO

N

N

O

H

OH

N

H

N

H

Arg

Liz

O

N

H

O

H

Liz

N

N

Liz

Liz

X

+

N

N

CH

3

OH

CH

3

N

H

N

H

O

O

H

X

N

H

C

H

2

COOH

Arg

C

H

2

N

H

COOH

Liz

pentozydyna

piralina

cypentozydyna

argpirymidyna

GOLD glioksal X=H dimer

MOLD metyloglioksal X=CH

2

dimer

ALI

Arg-Liz-imidazol

CEL

karboksyetylolizyna

CML

karboksymetylolizyna

CMA

karboksymetyloarginina

C

H

N

H

COOH

Liz

CH

3

Fluorescencyjne/usieciowane

niefluorescencyjne/nieusieciowane

AGE fluorescencyjne/Usieciowane

AGE niefluorescencyjne /nieusieciowane

Cukier

+ RNH

2

- RNH

2

Zasada Schiffa

Przegrupowanie

Amadoriego

Produkt

Amadoriego

AGEs

Produkty pośrednie szlaku

glikolitycznego (np. aldehyd

3-fosfoglicerynowy)

Produkty utleniania

tłuszczy

(metyloglioksal,

glioksal)

Utrata pełnionych

funkcji przez

uglikowane białka

Tworzenie

przeciwciał

anty-AGE

Sprzyjające warunki odkładania się AGE

Sprzyjające warunki odkładania się AGE

Oddziaływanie

z komórkowymi

receptorami

(RAGE), aktywacja

szlaków

komórkowych

Reaktywne produkty

pośrednie

Reaktywne produkty

pośrednie

Skutki glikacji w organizmie

AGEs

neuropatia

makroangiopatia

katarakta

retinopatia

nefropatia

Receptory produktów glikacji

Produkty glikacji oddziałują na komórki przez receptory.

Najlepiej poznanym jest

RAGE

(Receptor for AGE).

Inne to receptory

zmiatające

(scavenger receptors), których

zadaniem jest endocytoza zmodyfikowanych cząsteczek LDL.
Są obecne na komórkach Kupffera i śródbłonku wątroby, a RAGE
na makrofagach.

Innym receptorem jest

galektyna 3

, wiążąca wiele ligandów,

odgrywająca istotną rolę w odpowiedzi immunologicznej.

Kolejnym jest

80K-H

, substrat kinazy C, po związaniu z AGE

może brać udział w przekazywaniu sygnału, po wcześniejszej
aktywacji innego receptora AGE, np. RAGE.

Kolejnym jest

OST-48

(oligosaccharyl transferase complex

protein 48), pełni też rolę transferu wysokomannozowego
oligosacharydu z donora do receptora asparaginowego w
reticulum endoplazmatycznym.

C’

C

V

ligand

cytozol

Aktywacja
komórki

Błona
komórkow
a

Białko
laktoferyno-
podobne

I

II

III

Schemat budowy receptora
dla AGE (RAGE)

I - domena
zewnątrzkomórkowa,

II - domena kotwicząca
białko w błonie
komórkowej,

III - domena cytosolowa

Typy receptorów AGEs

(Miyazaki A. TCM,2002,12:258-

(Miyazaki A. TCM,2002,12:258-

262).

262).

Zróżnicowane izoformy RAGE

(Di

(Di

n

n

g Q.,Biochim.Biophys.Acta, 2005, 1746: 18-27).

g Q.,Biochim.Biophys.Acta, 2005, 1746: 18-27).

- RAGE należą do rodziny receptorów immunoglobulinowych.
- RAGE należą do receptorów multiligandowych, oddziaływują z całą klasą
produktów glikacji.
- W warunkach homeostazy są syntetyzowane w niewielkiej ilości na
wielu rodzajach komórek, w tym na komórkach śródbłonka, mięśni
gładkich, komórkach fagocytujących, a także na komórkach układu
nerwowego.

- Liczba RAGE zwiększa się podczas wzmożonej aktywności komórek, w
warunkach stresu, podczas stanu zapalnego, w chorobie Alzheimera, w
cukrzycy (obserwuje się zwiększoną syntezę RAGE w śródbłonku,
komórkach mięśni gładkich, w makrofagach i monocytach przenikających
tkanki w układzie naczyniowym).

- Wzmożona synteza RAGE jest wywołana zwiększoną ilością AGE, co
wyjaśnia związane z tym narastające dysfunkcje komórek w sytuacji
patofizjologicznej, takiej jak komplikacje cukrzycowe, zaburzenia
funkcjonowania komórek.
- RAGE wyizolowano jako kompleks dwóch białek o masie 45 kDa –
właściwy receptor i 80 kDa – białko laktoferynopodobne. Receptor 45 kDa
składa

się

z

trzech

domen:

320-aminokwasowej

domeny

zewnątrzkomórkowej, 21-aminokwasowej domeny kotwiczącej białko w
błonie komórkowej oraz 43-aminokwasowej domeny cytosolowej pełniącej
funkcję przekaźnika sygnału. Domenę zewnątrzkomórkową tworzą trzy
immunoglobulinopodobne części – skrajna część „V” bezpośrednio
oddziałująca z ligandem i dwie części „C”. Do nich jest przyłączone
niekowalencyjnie wspomniane białko laktoferynopodobne, którego rola w
wiązaniu ligandów do RAGE nie jest do końca wyjaśniona.

Oddziaływanie RAGE z amfoteryną

Amfoteryna to

wiążące heparynę, jądrowe, niehistonowe białko,

występujące również w cytoplazmie komórek mózgowych podczas rozwoju
zarodkowego oraz w transformowanych liniach komórkowych. Amfoteryna
wydzielana na zewnątrz komórki odgrywa rolę w powstawaniu neuronów,
oddziaływaniu komórek nerwowych z komórkami glejowymi, oraz we
wczesnej fazie różnicowania się komórek.
W wyniku oddziaływania amfoteryny z RAGE, aktywacji ulegają dwie GTP-
azy z rodziny Rho: Cdc42 i Rac, powodujące przebudowę cytoszkieletu oraz
ruch komórki.
Zablokowanie wiązania amfoteryny do RAGE na powierzchni komórek
mysiego glejaka uniemożliwia przekazanie sygnału i powoduje
zahamowanie przerzutowania komórek nowotworowych u myszy.
Obecność w ośrodkowym układzie nerwowym oraz nerwach obwodowych
amfoteryny, jak też receptorów RAGE, w ostatniej fazie rozwoju układu
nerwowego wskazuje, że ich wspólne oddziaływanie może mieć znaczenie
w tworzeniu połączeń między nerwami podczas prawidłowego rozwoju
układu nerwowego.

Aminoguanidynowe inhibitory glikacji

Przeciwutleniacze, np. garcynol, witamina E
Neutralizacja związków karbonylowych, np. 2,3-diaminofenazyna, ALT-946,

pirydoksamina, karnozyna, acetylo-L-karnityna, aminoguanidyny

Degradacja AGE, np. ALT-711 (4,5-dwumetylotiazolina) (rozcina
sieciowane białko)

Ingerencja terapeutyczna w system AGE/RAGE

(Myint K.M., Curr.Drug Targets, 2005, 6 :447-452).