6.11.9.2 Rol van Core 2 Structuren
Verschuivingen in de expressie en activiteit van C2GnT1 treden op bij activatie van lymfocyten met interleukine-2,162 en na enterocytische differentiatie van Caco-2 cellen.172 Dit wijst op een centrale rol van C2GnT in de biologische reacties van cellen.
Het menselijke natural killer-antigeen (HNK-1), 3-sulfo-glucuronzuurβ1-3Galβ1-4GlcNAcβ-R, is een auto-antigeen in perifere demyelinatieve neuropathie en heeft een rol in celmigratie. Er is aangetoond dat HNK-1 gehecht is aan O-glycanen met kern 2-structuren in het spier-specifieke Ser/Thr/Pro-rijke domein van neurale celadhesiemoleculen.173 De kern 2-structuur op mucine-achtige moleculen op endotheelcellen en leukocyten is een scaffold voor selectine-liganden en C2GnT speelt een belangrijke rol bij de synthese van selectine-liganden. De mucine-achtige glycoproteïne PSGL-1 op het celoppervlak draagt liganden met hoge affiniteit voor selectines, die aan kern 2 zijn gehecht.174,175 CHO-cellen die PSGL-1 tot expressie brengen vertonen normaal geen SLex, maar na transfectie met C2GnT1 binden deze cellen zich aan P-selectine. Tyr-sulfaat neemt ook deel aan de P-selectine-PSGL-1 interacties.175 In een WEHI-3-cellijn van muizenleukemie is gevonden dat de kern-2-structuur die de sialyl-Lewisx-determinant draagt, selectief tot expressie komt op PSGL-1.176 Kankercellen hebben ook het vermogen om zich via hun O-glycanen aan selectines te binden, en deze interactie kan bijdragen tot de migratie van kankercellen naar een secundaire weefsellocatie.
Muizen met een deletie in het C2GnT1-gen vertonen verminderde hoeveelheden selectine-liganden en verminderde interacties tussen leukocyten en het endotheel via selectines, zoals het rollen van leukocyten langs het endotheel, rekrutering van leukocyten in het peritoneum en migratie van lymfocyten naar perifere lymfeknopen.27 Vooral de B-cel trafficking werd beïnvloed in C2GnT1 (-/-) muizen.177 Dit wijst op het belang van C2GnT1 in het lymfocyten homing proces en in ontsteking, en mogelijk ook in kankermetastase. Het is aangetoond dat de sulfatisering van selectine liganden in 6-sulfo-sialyl-Lewisx leidt tot een verhoogde affiniteit voor L-selectine. Zowel C2GnT1 als GlcNAc6ST dragen bij tot de synthese van hoog-affiniteit L-selectine liganden. Aldus vermindert deficiëntie in muizen van zowel C2GnT1 als het sulfotransferase GlcNAc6ST verder de homing van lymfocyten naar perifere lymfeklieren.178
Maturatie van dendritische cellen wordt geassocieerd met een verminderde expressie van C2GnT1, een verlies van sialyl-Lewisx expressie, en een gelijktijdige toename van de expressie van sialyltransferases ST3Gal-I en ST6GalNAc-II.179 De expressie van sialyl-Lewisx en de migratie van DC lijkt dus gereguleerd te worden door C2GnT1. C2GnT1 lijkt ook apoptose te reguleren.180 In de thymus verliezen onrijpe lymfocyten die differentiëren en van de thymische cortex naar de medulla bewegen de expressie van C2GnT.67 Aangezien core 2-structuren het apoptose-inducerende endogene lectine, galectine-1, kunnen binden, biedt de afwezigheid van core 2 een overlevingsmechanisme voor rijpende lymfocyten. Galectine-1 induceert apoptose in prostaat-specifiek antigeen (PSA)+ prostaatkankercellen LNCaP maar niet in een galectine-1-resistente PSA-cellijn. C2GnT1 wordt gedownreguleerd in de galectine-1-resistente PSA- subkloon, wat erop wijst dat core 2-structuren verantwoordelijk kunnen zijn voor de door galectine geïnduceerde apoptose.181
Verschillende aandoeningen worden in verband gebracht met veranderde C2GnT1-activiteit of -expressie. De C2GnT1 activiteit is specifiek verhoogd in het hartweefsel van diabetische of hyperglycemische ratten.34 Een verhoging van de C2GnT1 expressie in polymorfonucleaire leukocyten werd gevonden bij patiënten met type 1 en 2 diabetes.182 De hoge C2GnT1 activiteit kan mogelijk de leukocyte-endotheliale celadhesie en capillaire occlusies bevorderen. De mechanismen van deze veranderingen moeten nog worden aangetoond.
In sommige kankercellen is gevonden dat de C2GnT1 activiteit verhoogd is, terwijl in andere cellen de activiteit verlaagd kan zijn. Het invasieve karakter van kankercellen komt vaak overeen met een hoge expressie van C2GnT1 en het vermogen van kankercellen om via selectins met het endotheel te interageren. Zo is de expressie van C2GnT1 geassocieerd met een slechte prognose en kwaadaardig potentieel bij colon-, long- en prostaatkanker.29 C2GnT1 expressie correleert met vaatinvasie en tumordiepte bij colonkanker.30 De toename van C2GnT1 expressie bij longadenocarcinoom is gecorreleerd met kwaadaardig potentieel en lymfekliermetastase.29 In menselijk prostaatkankerweefsel correleert C2GnT1 expressie met ziekteprogressie en is de expressie een nuttige prognostische merker.31 Met behulp van prostaatkankercellen LNCap toonden Hagisawa et al.31 aan dat C2GnT1 de hechting van kankercellen aan extracellulaire matrixglycoproteïnen vergemakkelijkt, wat kan bijdragen tot de vorming van invasieve en agressieve tumoren.
De activiteit van C2GnT1 is verlaagd bij recidiverende of progressieve multiple sclerose,183 en dit kan mogelijk verband houden met het autoimmuunproces en de invloed van ontstekingsbevorderende cytokinen die de glycosylering kunnen reguleren. De activiteit normaliseerde na behandeling met het ontstekingsremmende IFN-β1a. De proinflammatoire cytokine TNF-α verlaagt de C2GnT1 mRNA expressie aanzienlijk in humane navelstreng endotheelcellen.81 Apoptotische en met TNF-α behandelde aorta porcine endotheelcellen hebben ook een zeer lage activiteit van C2GnT1.77 Daarentegen worden de C1GalT activiteit77 en de mRNA expressie81 verhoogd bij stimulatie van endotheelcellen met TNF-α. De expressie van C2GnT1 en selectin-liganden in menselijke T-cellen kan worden gestimuleerd door cytokines zoals IL-2 en andere interleukines.184 Aldus kan celactivering die leidt tot cytokineveranderingen, invloed hebben op de adhesiviteit van cellen en hun vermogen om het homing-proces te ondergaan.
Dit suggereert dat TNF-α, dat wordt geassocieerd met een ontstekingsomgeving, het ontstaan van core 1-structuren in endotheelcellen bevordert. Aangezien het kern 1 elongatie-enzym (β3GnT3) in menselijke endotheelcellen een lage expressie vertoont (zie paragraaf 6.11.13.1), wordt verwacht dat kern 2 de voornaamste drager van selectine-liganden is. Een vermindering van core 2 kan een negatief terugkoppelingsmechanisme zijn waardoor de infiltratie van leukocyten naar de plaats van ontsteking wordt verminderd.
In tegenstelling tot endotheelcellen verhoogde TNF-α de activiteit van C2GnT1 in gekweekte primaire rundersynnoviocyten die normaliter geen detecteerbare niveaus van de activiteit hebben.78 Menselijke cellen afgeleid van bot en kraakbeen, maar niet boviene chondrocyten, hebben activiteiten van het enzym dat kern 2 synthetiseert.79,80 Het moet nog worden aangetoond of de kern 2 structuren in botglycoproteïnen ook adhesieve rollen hebben.
In borstkankercellen vindt de synthese van O-glycan kern 1 en 2 structuren hoofdzakelijk plaats in het cis-mediale Golgi-compartiment met enige overlap naar het mediale Golgi toe. Het sialyltransferase ST3Gal-I dat op kern 1 substraat inwerkt is door immunocytochemie hoofdzakelijk gelokaliseerd in de mediale en trans Golgi compartimenten in borstcellen. De lokalisatie ervan overlapt dus gedeeltelijk met die van C2GnT1. Transfectie-experimenten bewijzen dat de competitie tussen de twee enzymen inderdaad plaatsvindt. De relatieve expressieniveaus en activiteiten van deze twee enzymen controleren dus de relatieve distributie van ofwel sterk gesialyleerde ofwel complexe ketens met kern 2 structuren van MUC1 mucine.55
Het α6-sialyltransferase ST6GalNAc-I dat werkt op GalNAc-peptide of Galβ1-3GalNAc-peptide is wijd verspreid in de Golgi, en kan door de synthese van sialylα2-6 GalNAc- of sialylα2-6(Galβ1-3)GalNAc- de synthese van kern 2 uitschakelen. Het transmembraandomein van ST6GalNAc-I lijkt verantwoordelijk te zijn voor de lokalisatie van het enzym. Zo lokaliseerde een mutant construct van C2GnT1 dat het transmembraan domein van ST6GalNAc-I bevatte zich in de trans Golgi.165 Omdat kern 1, het substraat voor C2GnT1, normaal verwerkt wordt voor het de trans Golgi bereikt, resulteerde de nieuwe lokalisatie van C2GnT1 in inefficiënte kern 2 synthese. Dit suggereert het belang van een functionele assemblagelijn in de controle van O-glycan biosynthese.