6.11.9.2 Ydin 2 -rakenteiden rooli
C2GnT1:n ilmentymisessä ja aktiivisuudessa tapahtuu muutoksia lymfosyyttien aktivoituessa interleukiini-2:lla162 ja Caco-2-solujen enterosyyttisen erilaistumisen jälkeen.172 Tämä viittaa C2GnT:n keskeiseen rooliin solujen biologisissa vasteissa.
Hmisen luonnollinen tappaja-antigeeni (HNK-1), 3-sulfo-glukuronihappoβ1-3Galβ1-4GlcNAcβ-R, on autoantigeeni perifeerisessä demyelinoivassa neuropatiassa, ja sillä on merkitystä solujen migraatiossa. HNK-1:n on osoitettu kiinnittyvän O-glykaaneihin, joilla on core 2 -rakenteet hermosolujen adheesiomolekyylien lihasspesifisessä Ser/Thr/Pro-rikkaassa domeenissa.173 Endoteelisolujen ja leukosyyttien musiinin kaltaisten molekyylien core 2 -rakenne on selektiiniligandien teline, ja C2GnT:llä on tärkeä rooli selektiiniligandien synteesissä. Solupinnan musiinin kaltainen glykoproteiini PSGL-1 kantaa korkea-affiniteettisia ligandeja selektiineille, jotka ovat kiinnittyneet ytimeen 2.174,175 PSGL-1:tä ilmentävissä CHO-soluissa ei normaalisti esiinny SLexiä, mutta C2GnT1:llä transfektoituina nämä solut sitoutuvat P-selektiiniin. Tyr-sulfaatti osallistuu myös P-selektiinin ja PSGL-1:n välisiin vuorovaikutuksiin175. Hiiren leukemiasolulinjassa WEHI-3 on havaittu, että sialyyli-Lewisx-determinantin kantava ydin 2 -rakenne ilmentyy selektiivisesti PSGL-1:ssä.176 Syöpäsoluilla on myös kyky sitoutua selektiineihin niiden O-glykaanien välityksellä, ja tämä vuorovaikutus voi vaikuttaa osaltaan syöpäsolujen migraatioon sekundaariseen kudospaikkaan.
Hiirillä, joilla on C2GnT1-geenin deleetio, esiintyy vähentyneitä määriä selektiini-ligandeja sekä vähentyneitä leukosyyttien ja endoteelin välisiä vuorovaikutuksia selektiinien välityksellä, kuten leukosyyttien vierimistä endoteelia pitkin, leukosyyttien rekrytoitumista vatsakalvoon ja lymfosyyttien migraatiota perifeerisiin imusolmukkeisiin.27 C2GnT1 (-/-) -hiirillä vaikutti lähinnä B-solujen kulkeutumiseen.177 Tämä viittaa C2GnT1:n merkitykseen lymfosyyttien kotiutumisprosessissa ja tulehduksessa sekä mahdollisesti myös syövän metastaasissa. Selektiini-ligandien sulfatoinnin 6-sulfo-sialyyli-Lewisxiin on osoitettu johtavan lisääntyneeseen affiniteettiin L-selektiiniä kohtaan. Sekä C2GnT1 että GlcNAc6ST osallistuvat korkean affiniteetin L-selektiiniligandien synteesiin. Näin ollen sekä C2GnT1:n että sulfotransferaasi GlcNAc6ST:n puutos hiirillä vähentää edelleen lymfosyyttien kotiutumista perifeerisiin imusolmukkeisiin.178.
Dendriittisolujen kypsymiseen liittyy C2GnT1:n vähentynyt ilmentyminen, sialyyli-Lewisxin ilmentymisen häviäminen ja samanaikainen sialyylitransferaasien ST3Gal-I ja ST6GalNAc-II ilmentymisen lisääntyminen.179 Siten sialyyli-Lewisxin ilmentymistä sekä DC:n muuttoliikettä näyttää säätelevän C2GnT1. C2GnT1 näyttää myös säätelevän apoptoosia.180 Kateenkorvassa kypsymättömät lymfosyytit, jotka erilaistuvat ja siirtyvät kateenkorvasta medullaan, menettävät C2GnT:n ilmentymisen.67 Koska core 2 -rakenteet voivat sitoa apoptoosia aiheuttavaa endogeenistä lektiiniä, galektiini-1:tä, core 2:n puuttuminen tarjoaa selviytymismekanismin kypsyville lymfosyyteille. Galektiini-1 indusoi apoptoosia eturauhassyöpäsoluissa LNCaP, jotka sisältävät eturauhasspesifisen antigeenin (PSA), mutta ei galektiini-1-resistentissä PSA-solulinjassa. C2GnT1 on alasreguloitunut galektiini-1-resistentissä PSA-alakloonissa, mikä viittaa siihen, että ydin 2 -rakenteet saattavat olla vastuussa galektiini-indusoidusta apoptoosista.181
Muutettuun C2GnT1:n aktiivisuuteen tai ilmentymiseen liittyy useita tiloja. C2GnT1-aktiivisuus on lisääntynyt erityisesti diabeettisten tai hyperglykeemisten rottien sydänkudoksissa.34 Tyypin 1 ja 2 diabetesta sairastavilla potilailla havaittiin lisääntynyttä C2GnT1:n ilmentymistä polymorfonukleaarisissa leukosyyteissä.182 Korkea C2GnT1-aktiivisuus saattaa mahdollisesti edistää leukosyyttien ja endoteelisolujen adheesiota ja kapillaarien tukkeutumista. Näiden muutosten mekanismit on vielä osoittamatta.
Joissain syöpäsoluissa C2GnT1-aktiivisuuden on todettu olevan lisääntynyt, kun taas toisissa soluissa aktiivisuus voi olla vähentynyt. Syöpäsolujen invasiivinen luonne vastaa usein C2GnT1:n korkeaa ilmentymistä ja syöpäsolujen kykyä olla vuorovaikutuksessa endoteelin kanssa selektiinien välityksellä. Niinpä C2GnT1:n ilmentyminen liittyy huonoon ennusteeseen ja pahanlaatuiseen potentiaaliin paksusuolen, keuhkojen ja eturauhassyövässä.29 C2GnT1:n ilmentyminen korreloi paksusuolen syövässä verisuonten invaasioon ja kasvaimen syvyyteen.30 C2GnT1:n ilmentymisen lisääntyminen keuhkoahtaumataudissa on korreloinut pahanlaatuiseen potentiaaliin ja imusolmukemetastaasiin.29 Ihmisen eturauhassyöpäkudoksessa C2GnT1:n ilmentyminen liittyy taudin etenemisen etenemisvaiheeseen, ja C2GnT1:n ilmentyminen on käyttökelpoinen ennusteeseen liittyvä merkkipaalu.31 Käyttämällä eturauhassyöpäsoluja LNCap, Hagisawa ym.31 osoittivat, että C2GnT1 helpottaa syöpäsolujen adheesiota solunulkoiseen matriksin glykoproteiineihin, mikä voi osaltaan vaikuttaa invasiivisten ja aggressiivisten kasvainten muodostumiseen.
C2GnT1:n aktiivisuus vähenee relapsoivassa tai etenevässä multippeliskleroosissa183 , ja tämä saattaa mahdollisesti liittyä autoimmuuniprosessiin ja tulehduksellisten sytokiinien vaikutukseen, jotka ovat omiaan säätelemään glykosylaatiota. Aktiivisuus normalisoitui hoidettaessa anti-inflammatorisella IFN-β1a:lla. Proinflammatorinen sytokiini TNF-α vähentää merkittävästi C2GnT1:n mRNA:n ilmentymistä ihmisen napanuoran laskimoiden endoteelisoluissa.81 Apoptoottisten ja TNF-α:lla käsiteltyjen aortan sian endoteelisolujen C2GnT1:n aktiivisuus on myös hyvin alhainen.77 Sen sijaan C1GalT:n aktiivisuus77 ja mRNA:n ilmentyminen81 lisääntyvät endoteelisolujen stimuloidessa TNF-α:lla. Ihmisen T-solujen C2GnT1:n ja selektiini-ligandien ilmentymistä voidaan stimuloida sytokiineilla, kuten IL-2:lla ja muilla interleukiineilla.184 Siten solujen aktivoituminen, joka johtaa sytokiinimuutoksiin, voi vaikuttaa solujen adheesiokykyyn ja niiden kykyyn läpikäydä homing-prosessi.
Tämä viittaa siihen, että tulehdusperäiseen ympäristöön liittyvä TNF-α edistää ydin 1 -rakenteiden ilmaantumista endoteelisoluissa. Koska ytimen 1 elongaatioentsyymin (β3GnT3) ilmentyminen ihmisen endoteelisoluissa on vähäistä (ks. kohta 6.11.13.1), ytimen 2 odotetaan olevan selektiini-ligandien pääasiallinen kantaja. Ydin 2:n väheneminen voi olla negatiivinen takaisinkytkentämekanismi, jonka avulla leukosyyttien infiltraatio tulehduspaikalle vähenee.
Toisin kuin endoteelisoluissa, TNF-α lisäsi C2GnT1:n aktiivisuutta viljellyissä naudan primaarisissa synoviosyyteissä, joissa ei normaalisti ole havaittavia aktiivisuustasoja.78 Luusta ja rustosta peräisin olevilla ihmisen soluilla, mutta ei naudan kondrosyyteillä, on ytimen 2 syntetisoivan entsyymin aktiivisuuksia.79,80 On vielä osoitettava, onko luun glykoproteiineissa olevilla ytimen 2 rakenteilla myös adhesiivisia tehtäviä.
Rintasyöpäsoluissa O-glykaanin ytimen 1- ja 2 -rakenteiden synteesi tapahtuu pääosin cis-mediaalisessa Golgi-kompartimentissa, jossa on jonkin verran päällekkäisyyksiä mediaalisen Golgin suuntaan. Ydin 1 -substraattiin vaikuttavan sialyylitransferaasi ST3Gal-I:n on osoitettu immunosytokemian avulla lokalisoituvan rintarauhassoluissa pääasiassa mediaaliseen ja trans-Golgi-osastoon. Sen lokalisaatio on siten osittain päällekkäinen C2GnT1:n lokalisaation kanssa. Transfektiokokeet osoittavat, että näiden kahden entsyymin välillä todellakin tapahtuu kilpailua. Siten näiden kahden entsyymin suhteelliset ilmentymistasot ja aktiivisuudet kontrolloivat MUC1-musiinin joko erittäin sialyloidun tai kompleksisten ketjujen, joissa on ydin 2 -rakenne, suhteellista jakautumista.55
GalNAc-peptidiin tai Galβ1-3GalNAc-peptidiin vaikuttava α6-sialyylitransferaasi ST6GalNAc-I on levinnyt laajalti Golgiin, ja syntetisoimalla sialyyliα2-6-GalNAc- tai sialyyliα2-6(Galβ1-3)-GalNAc- voi kytkeä pois päältä ydin 2:n synteesin. ST6GalNAc-I:n transmembraanidomeeni näyttää olevan vastuussa entsyymin lokalisaatiosta. Niinpä C2GnT1:n mutanttikonstruktio, joka sisälsi ST6GalNAc-I:n transmembraanidomeenin, lokalisoitui trans-Golgiin.165 Koska C2GnT1:n substraatti ydin 1 prosessoidaan normaalisti ennen kuin se pääsee trans-Golgiin, C2GnT1:n uusi lokalisaatio johti tehottomaan ydin 2 -synteesiin. Tämä viittaa toimivan kokoonpanolinjan merkitykseen O-glykaanien biosynteesin hallinnassa.