6.11.9.2 Core 2-strukturernas roll

Förändringar i uttrycket och aktiviteten av C2GnT1 uppträder vid aktivering av lymfocyter med interleukin-2162 och efter enterocytär differentiering av Caco-2-celler.172 Detta tyder på en central roll för C2GnT i cellernas biologiska reaktioner.

Det humana naturliga mördarantigenet (HNK-1), 3-sulfo-glukuronsyraβ1-3Galβ1-4GlcNAcβ-R, är ett autoantigen vid perifer demyelinativ neuropati och har en roll i cellmigration. HNK-1 har visat sig vara fäst vid O-glykaner med core 2-strukturer i den muskelspecifika Ser/Thr/Pro-rika domänen för neurala celladhesionmolekyler.173 Core 2-strukturen på mucinliknande molekyler på endotelceller och leukocyter är en ställning för selectin-ligander och C2GnT spelar en viktig roll i syntesen av selectin-ligander. Det mucinliknande glykoproteinet PSGL-1 på cellytan bär på ligander med hög affinitet för selektiner som är knutna till core 2.174,175 CHO-celler som uttrycker PSGL-1 uppvisar normalt inte SLex, men vid transfektion med C2GnT1 binder dessa celler till P-selectin. Tyr-sulfat deltar också i P-selectin-PSGL-1-interaktionerna.175 I en cellinje för musleukemi WEHI-3 har man funnit att core 2-strukturen som bär på sialyl-Lewisx-determinanten uttrycks selektivt på PSGL-1.176 Cancerceller har också förmågan att binda till selektiner via deras O-glykaner, och denna interaktion kan bidra till att cancercellerna migrerar till en sekundär vävnadsplats.

Möss som har en deletion i C2GnT1-genen uppvisar minskade mängder selectin-ligander samt minskade interaktioner mellan leukocyter och endotelet via selectiner, t.ex. rullning av leukocyter längs endotelet, rekrytering av leukocyter till peritoneum och lymfocytmigration till perifera lymfkörtlar27. Främst var det B-cellstrafiken som påverkades hos C2GnT1 (-/-) möss.177 Detta tyder på C2GnT1:s betydelse för lymfocyternas homing-process och för inflammation, och möjligen även för cancermetastasering. Sulfateringen av selectin-ligander i 6-sulfo-sialyl-Lewisx har visat sig leda till ökad affinitet för L-selectin. Både C2GnT1 och GlcNAc6ST bidrar till syntesen av L-selectinligander med hög affinitet. Brist hos möss på både C2GnT1 och sulfotransferas GlcNAc6ST minskar således ytterligare lymfocyternas homing till perifera lymfkörtlar.178

Maturering av dendritiska celler är förknippad med ett minskat uttryck av C2GnT1, en förlust av sialyl-Lewisx-uttrycket och en samtidig ökning av uttrycket av sialyltransferaserna ST3Gal-I och ST6GalNAc-II.179 Således tycks uttrycket av sialyl-Lewisx samt DC:s migration regleras av C2GnT1. C2GnT1 verkar också reglera apoptos.180 I thymus förlorar omogna lymfocyter som differentieras och flyttar från thymuskortex till medulla uttrycket av C2GnT.67 Eftersom core 2-strukturer kan binda det apoptosinducerande endogena lektinet galectin-1, ger avsaknaden av core 2 en överlevnadsmekanism för mognande lymfocyter. Galectin-1 inducerar apoptos i prostataspecifikt antigen (PSA)+ prostatacancerceller LNCaP men inte i en galectin-1-resistent PSA-cellinje. C2GnT1 nedregleras i den galectin-1-resistenta PSA- subklonen, vilket tyder på att core 2-strukturer kan vara ansvariga för den galectininducerade apoptosen.181

Vissa tillstånd är förknippade med förändrad C2GnT1-aktivitet eller förändrat uttryck. C2GnT1-aktiviteten ökar specifikt i hjärtvävnaden hos diabetiska eller hyperglykemiska råttor.34 En ökning av C2GnT1-uttrycket i polymorfonukleära leukocyter hittades hos patienter med typ 1- och 2-diabetes.182 Den höga C2GnT1-aktiviteten kan möjligen främja adhesion mellan leukocyter och endotelceller och kapillära ocklusioner. Mekanismerna för dessa förändringar återstår att visa.

I vissa cancerceller har C2GnT1-aktiviteten visat sig vara ökad, medan aktiviteten kan vara minskad i andra celler. Cancercellernas invasiva karaktär motsvarar ofta ett högt uttryck av C2GnT1 och cancercellernas förmåga att interagera med endotelet via selectiner. Sålunda är uttrycket av C2GnT1 förknippat med en dålig prognos och malign potential i tjock-, lung- och prostatacancer.29 C2GnT1-uttrycket korrelerar med kärlinvasion och tumördjup i tjock- och ändtarmscancer.30 Ökningen av C2GnT1-uttrycket i lung adenokarcinom har korrelerats med malign potential och lymfkörtelmetastasering.29 I vävnader av mänsklig prostatacancer korrelerar C2GnT1-uttrycket med sjukdomsförloppet och uttrycket är en användbar prognostisk markör.31 Med hjälp av prostatacancercellerna LNCap visade Hagisawa et al.31 att C2GnT1 underlättar cancercellernas vidhäftning till glykoproteiner i den extracellulära matrisen, vilket kan bidra till bildandet av invasiva och aggressiva tumörer.

Aktiviteten hos C2GnT1 minskar vid recidiverande eller progredierande multipel skleros,183 och detta kan möjligen relateras till den autoimmuna processen och påverkan av inflammatoriska cytokiner som har potential att reglera glykosylering. Aktiviteten normaliserades vid behandling med det antiinflammatoriska IFN-β1a. Den proinflammatoriska cytokinen TNF-α minskar signifikant C2GnT1 mRNA-uttrycket i endotelceller från humana navelsträngar.81 Apoptotiska och TNF-α-behandlade aortiska endotelceller från svin har också en mycket låg aktivitet av C2GnT1.77 Däremot ökar C1GalT-aktiviteten77 och mRNA-uttrycket81 vid stimulering av endotelceller med TNF-α. Uttrycket av C2GnT1 och selectinligander i humana T-celler kan stimuleras av cytokiner som IL-2 och andra interleukiner.184 Således kan cellaktivering som resulterar i cytokinförändringar påverka cellernas vidhäftningsförmåga och deras förmåga att genomgå homing-processen.

Detta tyder på att TNF-α, som är förknippat med en inflammatorisk miljö, främjar uppkomsten av core 1-strukturer i endotelceller. Eftersom core 1 elongationsenzymet (β3GnT3) visar ett lågt uttryck i humana endotelceller (se avsnitt 6.11.13.1) förväntas core 2 vara den huvudsakliga bäraren av selectin-ligander. En minskning av core 2 kan vara en negativ återkopplingsmekanism genom vilken infiltrationen av leukocyter till inflammationsstället minskas.

I motsats till endotelceller ökade TNF-α aktiviteten av C2GnT1 i odlade primära synoviocyter från nötkreatur som normalt inte har några påvisbara nivåer av aktiviteten.78 Mänskliga celler som härrör från ben och brosk, men inte bovina kondrocyter, har aktiviteter av det enzym som syntetiserar core 2.79,80 Det återstår att visa om core 2-strukturerna i glykoproteiner i ben också har adhesiva roller.

I bröstcancerceller sker syntesen av O-glykankärnor 1- och 2-strukturer huvudsakligen i det cis-mediala Golgikompartmentet med en viss överlappning mot det mediala Golgi. Sialyltransferaset ST3Gal-I som verkar på core 1-substratet har visat sig vara lokaliserat genom immunocytokemi främst till de mediala och trans-Golgi-kompartmenten i bröstceller. Dess lokalisering överlappar därför delvis C2GnT1:s. Transfektionsexperiment bevisar att konkurrensen mellan de två enzymerna verkligen äger rum. Således kontrollerar de relativa uttrycksnivåerna och aktiviteterna hos dessa två enzymer den relativa fördelningen av antingen högt sialylerade eller komplexa kedjor med core 2-strukturer hos MUC1-mucinet.55

α6-sialyltransferaset ST6GalNAc-I som verkar på GalNAc-peptid eller Galβ1-3GalNAc-peptid är brett fördelat i Golgi och kan genom att syntetisera sialylα2-6 GalNAc- eller sialylα2-6(Galβ1-3)GalNAc- stänga av syntesen av core 2. Transmembrandomänen av ST6GalNAc-I verkar vara ansvarig för enzymets lokalisering. Sålunda lokaliserades en mutantkonstruktion av C2GnT1 som innehåller transmembrandomänen av ST6GalNAc-I till trans-Golgi.165 Eftersom core 1, substratet för C2GnT1, normalt processas innan det når trans-Golgi, resulterade den nya lokaliseringen av C2GnT1 i en ineffektiv core 2-syntes. Detta tyder på betydelsen av en funktionell monteringslinje i kontrollen av O-glykanbiosyntesen.