Biosynthesis of decorin and glypican glycosaminoglycan chains

Abstract

Proteoglycans consist of core proteins substituted with glycosaminoglycan chains. The galactosaminoglycans (GlcUA/IdoUA-GalNAc) and the glucosaminoglycans (GlcUA/IdoUA-GlcNAc) are both initiated on the same tetrasaccharide linkage region GlcUA-Gal-Gal-Xyl-protein. The proteoglycan decorin is bound to collagen fibrils in the extracellular matrix and is substituted with a single galactosaminoglycan chain. We have studied early events in the assembly of the decorin galactosaminoglycan chain by expressing decorin with a C-terminal KDEL ER-retention signal KDEL in COS cells. The major decorin O-linked saccharide, isolated from transfected cells, was the linkage region tetrasaccharide substituted with the first GalNAc residue initiating the galactosaminoglycan synthesis. Retrieval of Golgi enzymes by addition of BFA to transfected cells, resulted in partial elongation of the galactosaminoglycan chain. These chains did not contain IdoUA or sulfate, but all carried Xyl-phosphate. Glypican is substituted with glucosaminoglycan chains and is anchored to the cell surface via a GPI-anchor. These anchors mediate sorting of membrane components to plasma membrane domains called caveolae. It has been demonstrated that glypican cycle between the plasma membrane and the Golgi apparatus. During this recycling of glypican the glucosaminoglycan chains are partially degraded and resynthesized on the remaining oligosaccharide stubs. Glypican recycling may be involved in uptake of HS-chain ligands and therefore influence how cells respond to various cytokines. We demonstrate that NO is essential for this process, probably by forming NO2-, that can cleave the chains at GlcNH2 residues formed during the biosynthesis. We determined that the GlcNH2 residues are located close to the core protein in the glucosaminoglycan chains.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Avhandlingen handlar om biosyntesen av proteoglykaner. Dessa består av en proteindel som har långa kedjor av sockermolekyler bundna till sig. Det finns huvudsakligen två typer av sockerkedjor, kondroitinsulfat och heparansulfat, som båda tillverkas på en identisk fyra molekyler lång sockerkedja. Man kan likna tillverkningen eller biosyntesen vid ett löpande band inne i cellerna. Vid varje anhalt längs det löpande bandet byggs en bestämd del av sockerkedjan. När syntesen är färdig kan proteoglykanen antingen utsöndras från cellerna till omgivande vävnad eller förankras på cellens yta. Under tillverkningen av proteoglykaner binder enzymer enskilda sockermolekyler, en i taget, till speciella aminosyror på proteinet eller till existerande sockerkedjor. En av många frågor är hur cellen avgör vilken typ av sockerkedja, kondroitinsulfat eller heparansulfat, den ska sätta på respektive protein. En ledtråd i sökandet kan komma ur kunskapen om var i cellen de olika sockermolekylerna sätts på. I det första delarbetet har vi gjort en DNA-konstruktion, som när den sätts in i celler ger upphov till en proteoglykan med en svans som hålls kvar i början av det löpande bandet. Vi har sedan studerat hur långt biosyntesen av sockerkedjan kommit. Därefter har vi behandlat cellerna med ett ämne (BFA), som gör att de senare delarna av cellernas löpande band slås ihop med de tidiga. Därefter har vi återigen studerat hur långt tillverkningen av sockerkedjan kommit. Vi kom fram till att valet mellan de två typerna av sockerkedjor, chondroitinsulfat och heparansulfat, sker mycket tidigt i det löpande bandet. Vi studerade även en tidig modifiering, addition av fosfat, av den första sockermolekylen, xylos, som sätts på proteinet. Resultaten tyder på att enzymet som svarar för fosforylering av xylos är ett så kallat kinas. Molekyler som finns utanför cellerna kan binda till proteoglykaner om dess sockerkedjor innehåller en sekvens som känns igen av dessa molekyler. På det sättet kan proteoglykaner på cellernas yta fungera som ett nät som fångar upp förbipasserande molekyler. Beroende på vad cellerna har för behov måste de kunna ändra de sockerstrukturer som de presenterar på sin yta. I delarbete II och III har vi studerat vad som händer med sockerkedjorna under omsättningen av glypican genom att använda olika substanser som kan inhibera olika processer i cellerna. Glypican sitter bunden på cellernas yta och kan tas in i cellerna igen varvid sockerkedjorna till viss del bryts ner. Cellerna kan sedan återanvända det begagnade proteinet och bygga nya sockerkedjor genom att slussa in glypican mitt i det löpande bandet. I delarbete II konstaterar vi att gasen NO behövs för processen genom att kunna bryta ner sockerkedjorna vid speciella sockermolekyler. I delarbete III visar vi att dessa sockermolekyler sitter nära proteindelen i sockerkedjan.

• author: Jönsson, Mats
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prydz, Kristian, Dept. of Biochemistry, Oslo university, Norway
• organization: Breastcancer-genetics
• publishing date: 2003
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cell and Molecular Biology
• keywords: Metabolism, Biochemistry, phosphorylation, biosynthesis, glycosaminoglycan, decorin, glypican, Biokemi, metabolism
• pages: 100 pages
• defense location: GK-salen, BMC
• defense date: 2003-09-17 10:15:00
• ISBN: 91-628-5871-9
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I. Initiation of the Decorin Glycosaminoglycan Chain in the Endoplasmic Reticulum-Golgi Intermediate compartment.Mats Jönsson, Erik Eklund, Lars-Åke Fransson, and Åke Oldberg. (2003) Journal of Biological Chemistry, 278, 21415-21420. Article: II. A novel role for nitric oxide in the endogenous degradation of heparan sulfate during recycling of glypican-1 in vascular endothelial cells.Katrin Mani, Mats Jönsson, Gudrun Edgren, Mattias Belting, and Lars-Åke Fransson. (2000) Glycobiology, 10, 577-586. Article: III. N-Unsubstituted Glucosamine in Heparan Sulfate of Recycling Glypican-1 from Suramin-treated and Nitrite-deprived Endothelial Cells. MAPPING OF NITRIC OXIDE/NITRITE-SUSCEPTIBLE GLUCOSAMINE RESIDUES TO CLUSTERED SITES NEAR THE CORE PROTEIN.Kan Ding, Mats Jönsson, Katrin Mani, Staffan Sandgren, Mattias Belting, and Lars-Åke Fransson. (2001) Journal of Biological Chemistry, 276, 3885-3894. The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Cell and Matrix Biology (LUR000002), Oncology, MV (013035000)
• id: 812647d6-9183-43b5-9717-8fcfc9474109 (old id 466018)
• date added to LUP: 2016-04-04 09:56:12
• date last changed: 2018-11-21 20:55:44