6.11.9.2 Rolle der Core-2-Strukturen
Veränderungen in der Expression und Aktivität von C2GnT1 treten bei der Aktivierung von Lymphozyten mit Interleukin-2,162 und nach enterozytärer Differenzierung von Caco-2-Zellen auf.172 Dies deutet auf eine zentrale Rolle von C2GnT bei den biologischen Reaktionen von Zellen hin.
Das menschliche natürliche Killer-Antigen (HNK-1), 3-Sulfo-Glucuronsäureβ1-3Galβ1-4GlcNAcβ-R, ist ein Autoantigen bei peripherer demyelinativer Neuropathie und spielt eine Rolle bei der Zellmigration. Es wurde gezeigt, dass HNK-1 an O-Glykane mit Kern-2-Strukturen in der muskelspezifischen Ser/Thr/Pro-reichen Domäne der neuralen Zelladhäsionsmoleküle gebunden ist.173 Die Kern-2-Struktur auf mucinartigen Molekülen auf Endothelzellen und Leukozyten ist ein Gerüst für Selektin-Liganden, und C2GnT spielt eine wichtige Rolle bei der Synthese von Selektin-Liganden. Das muzinartige Glykoprotein PSGL-1 auf der Zelloberfläche trägt hochaffine Liganden für Selektine, die an Core 2 gebunden sind.174,175 CHO-Zellen, die PSGL-1 exprimieren, zeigen normalerweise kein SLex, aber nach Transfektion mit C2GnT1 binden diese Zellen an P-Selektin. Tyr-Sulfat ist ebenfalls an den P-Selektin-PSGL-1-Interaktionen beteiligt.175 In einer WEHI-3-Zelllinie der Mausleukämie wurde festgestellt, dass die Core-2-Struktur, die die Sialyl-Lewisx-Determinante trägt, selektiv auf PSGL-1 exprimiert wird.176 Krebszellen haben auch die Fähigkeit, über ihre O-Glykane an Selektine zu binden, und diese Wechselwirkung kann zur Migration von Krebszellen in ein sekundäres Gewebe beitragen.
Mäuse mit einer Deletion im C2GnT1-Gen weisen reduzierte Mengen an Selektin-Liganden sowie reduzierte Interaktionen zwischen Leukozyten und dem Endothel über Selektine auf, wie z.B. das Rollen von Leukozyten entlang des Endothels, die Rekrutierung von Leukozyten in das Peritoneum und die Migration von Lymphozyten in periphere Lymphknoten.27 In C2GnT1 (-/-)-Mäusen war vor allem das B-Zell-Trafficking beeinträchtigt.177 Dies deutet auf die Bedeutung von C2GnT1 im Lymphozyten-Homing-Prozess und bei Entzündungen und möglicherweise auch bei der Krebsmetastasierung hin. Es hat sich gezeigt, dass die Sulfatierung von Selectin-Liganden in 6-Sulfo-Sialyl-Lewisx zu einer erhöhten Affinität für L-Selectin führt. Sowohl C2GnT1 als auch GlcNAc6ST tragen zur Synthese von hochaffinen L-Selektin-Liganden bei. Daher führt der Mangel an C2GnT1 und der Sulfotransferase GlcNAc6ST bei Mäusen zu einer weiteren Verringerung der Ansiedlung von Lymphozyten in den peripheren Lymphknoten.178
Die Reifung dendritischer Zellen geht mit einer verminderten Expression von C2GnT1, einem Verlust der Expression von Sialyl-Lewisx und einem gleichzeitigen Anstieg der Expression der Sialyltransferasen ST3Gal-I und ST6GalNAc-II einher.179 Somit scheint die Expression von Sialyl-Lewisx sowie die Migration von DC durch C2GnT1 reguliert zu werden. C2GnT1 scheint auch die Apoptose zu regulieren.180 Im Thymus verlieren unreife Lymphozyten, die sich differenzieren und von der Thymusrinde in die Medulla wandern, die Expression von C2GnT.67 Da Core-2-Strukturen das Apoptose-induzierende endogene Lektin Galectin-1 binden können, bietet das Fehlen von Core 2 einen Überlebensmechanismus für reifende Lymphozyten. Galectin-1 induziert Apoptose in Prostata-spezifischen Antigen (PSA)+ Prostatakrebszellen LNCaP, aber nicht in einer Galectin-1-resistenten PSA-Zelllinie. C2GnT1 ist in dem Galectin-1-resistenten PSA-Subklon herunterreguliert, was darauf hindeutet, dass Kern-2-Strukturen für die Galectin-induzierte Apoptose verantwortlich sein könnten.181
Es gibt verschiedene Bedingungen, die mit einer veränderten C2GnT1-Aktivität oder -Expression einhergehen. Die C2GnT1-Aktivität ist speziell im Herzgewebe diabetischer oder hyperglykämischer Ratten erhöht.34 Bei Patienten mit Typ-1- und Typ-2-Diabetes wurde eine erhöhte C2GnT1-Expression in polymorphkernigen Leukozyten festgestellt.182 Die hohe C2GnT1-Aktivität fördert möglicherweise die Adhäsion von Leukozyten und Endothelzellen sowie Kapillarverschlüsse. Die Mechanismen dieser Veränderungen müssen noch aufgezeigt werden.
In einigen Krebszellen wurde eine erhöhte C2GnT1-Aktivität festgestellt, während die Aktivität in anderen Zellen verringert sein kann. Der invasive Charakter von Krebszellen korrespondiert häufig mit einer hohen Expression von C2GnT1 und der Fähigkeit von Krebszellen, über Selektine mit dem Endothel zu interagieren. So wird die Expression von C2GnT1 bei Dickdarm-, Lungen- und Prostatakrebs mit einer schlechten Prognose und einem bösartigen Potenzial in Verbindung gebracht.29 Die C2GnT1-Expression korreliert mit der Gefäßinvasion und der Tumortiefe bei Dickdarmkrebs.30 Die Zunahme der C2GnT1-Expression bei Lungenadenokarzinomen wurde mit dem bösartigen Potenzial und der Lymphknotenmetastasierung in Verbindung gebracht.29 In menschlichem Prostatakrebsgewebe korreliert die C2GnT1-Expression mit dem Fortschreiten der Krankheit, und ihre Expression ist ein nützlicher prognostischer Marker.31 Anhand von Prostatakrebszellen LNCap zeigten Hagisawa et al.31 , dass C2GnT1 die Adhäsion von Krebszellen an extrazelluläre Matrixglykoproteine erleichtert, was zur Bildung invasiver und aggressiver Tumore beitragen kann.
Die Aktivität von C2GnT1 ist bei schubförmiger oder fortschreitender Multipler Sklerose vermindert,183 was möglicherweise mit dem Autoimmunprozess und dem Einfluss entzündlicher Zytokine zusammenhängt, die die Glykosylierung regulieren können. Die Aktivität normalisierte sich nach einer Behandlung mit dem entzündungshemmenden IFN-β1a. Das proinflammatorische Zytokin TNF-α verringert die C2GnT1-mRNA-Expression in menschlichen Nabelvenen-Endothelzellen erheblich.81 Apoptotische und TNF-α-behandelte Aorten-Schweineendothelzellen weisen ebenfalls eine sehr niedrige C2GnT1-Aktivität auf.77 Im Gegensatz dazu sind die C1GalT-Aktivität77 und die mRNA-Expression81 nach Stimulation von Endothelzellen mit TNF-α erhöht. Die Expression von C2GnT1 und Selektin-Liganden in menschlichen T-Zellen kann durch Zytokine wie IL-2 und andere Interleukine stimuliert werden.184 Somit kann eine Zellaktivierung, die zu Zytokinveränderungen führt, einen Einfluss auf die Adhäsionsfähigkeit von Zellen und ihre Fähigkeit, den Homing-Prozess zu durchlaufen, haben.
Dies deutet darauf hin, dass TNF-α, das mit einer entzündlichen Umgebung verbunden ist, das Auftreten von Core-1-Strukturen in Endothelzellen fördert. Da das Core-1-Elongationsenzym (β3GnT3) eine geringe Expression in menschlichen Endothelzellen aufweist (siehe Abschnitt 6.11.13.1), wird erwartet, dass Core 2 der Hauptträger von Selectin-Liganden ist. Eine Verringerung von Core 2 könnte ein negativer Rückkopplungsmechanismus sein, durch den das Eindringen von Leukozyten in den Entzündungsherd verringert wird.
Im Gegensatz zu Endothelzellen erhöhte TNF-α die Aktivität von C2GnT1 in kultivierten primären Rindersynoviozyten, die normalerweise keine nachweisbaren Werte dieser Aktivität aufweisen.78 Menschliche Zellen, die von Knochen und Knorpel abgeleitet sind, nicht aber bovine Chondrozyten, haben Aktivitäten des Enzyms, das Kern 2 synthetisiert.79,80 Es muss noch gezeigt werden, ob die Kern-2-Strukturen in Knochen-Glykoproteinen auch adhäsive Funktionen haben.
In Brustkrebszellen findet die Synthese von O-Glykan-Kern-1- und 2-Strukturen hauptsächlich im cis-medialen Golgi-Kompartiment statt, mit einer gewissen Überlappung in Richtung des medialen Golgi. Die Sialyltransferase ST3Gal-I, die auf Core-1-Substrat einwirkt, ist immunzytochemisch vor allem im medialen und trans-Golgi-Kompartiment von Brustkrebszellen lokalisiert. Seine Lokalisation überschneidet sich daher teilweise mit der von C2GnT1. Transfektionsexperimente belegen, dass die beiden Enzyme tatsächlich in Konkurrenz zueinander stehen. Somit steuern die relativen Expressionsniveaus und Aktivitäten dieser beiden Enzyme die relative Verteilung von entweder hoch sialylierten oder komplexen Ketten mit Kern-2-Strukturen des MUC1-Mucins.55
Die α6-Sialyltransferase ST6GalNAc-I, die auf GalNAc-Peptid oder Galβ1-3GalNAc-Peptid einwirkt, ist im Golgi weit verbreitet und kann durch die Synthese von Sialyl-α2-6-GalNAc- oder Sialyl-α2-6(Galβ1-3)GalNAc- die Synthese von Core 2 ausschalten. Die Transmembrandomäne von ST6GalNAc-I scheint für die Lokalisierung des Enzyms verantwortlich zu sein. So lokalisierte ein mutiertes Konstrukt von C2GnT1, das die Transmembrandomäne von ST6GalNAc-I enthält, im trans-Golgi.165 Da Kern 1, das Substrat für C2GnT1, normalerweise verarbeitet wird, bevor es das trans-Golgi erreicht, führte die neue Lokalisierung von C2GnT1 zu einer ineffizienten Kern-2-Synthese. Dies deutet auf die Bedeutung eines funktionellen Fließbandes für die Kontrolle der O-Glykan-Biosynthese hin.