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Queratán sulfato

El queratán sulfato (KS), también llamado queratosulfato es un glicosaminoglicano (carbohidratos estructurales) sulfatado encontrado especialmente en el ser humano en la córnea, cartílago y hueso. Se sintetiza en el sistema nervioso central donde participa en el desarrollo y en la formación de la cicatriz glial tras una lesión. Las moléculas de queratán sulfato son grandes, moléculas altamente hidratadas que pueden actuar en las articulaciones como amortiguador para absorber el shock mecánico.

En los últimos 5 años se ha visto un marcado incremento en la investigación de queratán sulfato (KS) y un incremento en nuestro entendimiento acerca del rango de moléculas que llevan este polisacárido adaptable. Más de 15 KS unidos a proteínas se han identificado y diversos de los genes codificantes de estas se han clonado. Las moléculas que contienen KS se han identificado en numerosos tejidos epiteliales y neurológicos en los cuales la expresión de KS responde a un desarrollo embrional, variaciones fisiológicas y para minimizar una herida. Un cultivo de células de la córnea ha desarrollado un sistema en el cual la biosíntesis de KS se mantiene. Se ha hecho progreso hacia la identificación de glicosil i sulfotranserasas responsables de la biosíntesis de KS. Un ratón knock-out del KS-proteoglicano en córnea ha supuesto el primer soporte experimental de la función de la KS en la transparencia de la córnea. Esta evidencia también se ha presentado apoyando a roles funcionales del KS en el reconocimiento celular de ligandos proteicos, de guía axonal, motilidad celular y en la implantación del embrión. Estos descubrimientos han servido para expandir el concepto de qué es el queratán sulfato y los roles potenciales que puede jugar en los diversos tejidos celulares.

Historia

Queratán sulfato fue identificado en 1939 por Suzuki en extractos de córnea (Suzuki, 1939), y en la década de los 50 gracias a los esfuerzos de Karl Meyer (quien introdujo el nombre de queratosulfato) y otros, caracterizaron este material como un polímero lineal de lactosamina, 3Galβ1-4GlcNAcβ1, sulfatado en el carbono 6 de las dos hexosas.[1]​ Tras décadas desde su inicial caracterización, el interés sobre el queratán sulfato no ha menguado nunca. De hecho, desde 1970 hasta la mitad de los 90, la publicación anual de artículos con queratán sulfato como tema principal ha crecido casi 5 veces más.[2]​ Diversas revisiones previas han examinado la estructura y biosíntesis de KS desde 1991.

Estructura del queratán sulfato

Clases de KS

Originalmente, las designaciones de KSI y KSII se basaban en las diferencias entre el KS de la córnea y el de cartílago. El KS de la córnea presenta enlaces N con los residuos de Asn en el núcleo de la proteína, mientras que el KS del cartílago presenta enlaces O con residuos de Ser y Thr. Estas estructuras de unión, sin embargo, no son específicas del tejido en su localización. Las designaciones clásicas se utilizan actualmente respecto a la estructura de unión, no a la localización del tejido. Así, el término KSI incluye todas las moléculas de KS unidas a Asn, y KSII se utiliza para referirse a todas las KS unidas a una proteína mediante GalNAc-O-Ser/Thr. Un tercer tipo de unión de KS (Man-O-Ser) se ha identificado que puede ser considerado como KSIII.[3]

KSI de córnea

 
Distrofia macular corneal. Imagen de microscopio óptico donde se muestra un paciente con MCD tipo I (izquierda) mostrando una reactividad normal (marrón) al estroma corneal al anticuerpo anti-queratán sulfato.

KS de la córnea es el prototipo de KSI y es el más caracterizado. La cantidad de KS en la córnea es más de 10 veces que en el cartílago y es de 2 a 4 órdenes de magnitud más grande que el KS encontrado en otros tejidos. La unión de KS de la córnea a proteínas suponte un tipo de complejo bicatenario de oligosacáridos con enlaces N a asparraguina en el núcleo de la proteína. Análisis de una subreaccion de KS de la córnea porcina altamente purificada encontró que la cadena de KS solo s extiende en la rama C3 acabando con una única lactosamina unida a ácido siálico.

Otras citaciones sugieren que las ramas C3 de la unión de oligsacáridos se pueden extender con cadenas de KS además de las ramas de C6. Análisis estructurales de las uniones de KS de la córnea de mono no encontraron evidencia que el C3 acababa con ácido siálico.[4]​Evidencias para la extensión de dos cadenas (bicatenarias) de la unión del oligosacárido también se aportó a partir de la comparación del peso molecular de KS bovino secretado por N-glicanasa (por ejemplo con una unión de oligosacáridos intacta) con la largada de la cadena. Además, ni la síntesis de KS de la córnea ni de KS de la fibromdulina, un proteoglicano del cartílago unido de forma N a la KSI, se bloquean completamente con swainsonina, un inhibidor del procesamiento del brazo C6 del oligosacárido precursor, implicando que KS se ha de extender en el brazo C3 del núcleo de manosa.

Esta evidencia para la extensión bicatenaria de la unión de KSI también está apoyada por experimentos que sugieren que tanto las extensiones mono/bicatenarias de la unión pueden suceder en KSI y que la localización del sitio en el núcleo de la proteína puede influir el tipo de extensión. Heterogeneidad también se ha visto en la modificación de la región de unión de ZP3, una proteína de la zona pelúcida sustituida por KS con uniones N. en estas proteínas KS puede modificar tanto el brazo C3, el C6 o ambos de la unión bicatenaria del oligosacárido.

Oeben encontró que la sulfatación de una fracción purificada de KS de la córnea porcina estaba distribuida según un patrón no aleatorio distinto. Los disacáridos más próximos a la terminación reducida se encontró que no estaban sulfatados, a continuación una serie se encuentra de dominios donde los disacáridos solo se sulfatan en la mitad de GlcNAc.[5]​ El extremo no reducido de la cadena de KS de córnea de porcino consiste en un dominio de longitud variable (8-34) de solamente disacáridos disulfatados. Este dominio altamente sulfatado es responsable de la heterogeneidad en la carga y tamaño característicos de la KS de la córnea. También existe la idea de que la N-sulfatación de GlcN puede ocurrir en el dominio altamente sulfatado de KS de la córnea. El extremo no reductor de cada cadena está envuelto de una variedad de estructuras. En la KS de córnea de bovino, aproximadamente el 70% de las cadenas de la córnea acaban con ácido neuramínico, el resto con βGalNAc o α-Gal.

KSI no córnica

Fibromodulia, PRELP, y osteoadherina son proteínas de cartílago y de hueso modificadas con una cadena de KS unida en la forma N. Diversas proteínas de la zona pelúcida del ovario llevan carbohidratos considerados KS. El proteoglicano agrecano del cartílago también contiene 2-3 cadenas de KS unidas de forma N además de 20 o más unidas de forma O. La KS unida en forma N también se ha aislado de la dermis de caballo. Además de estos ejemplos de KSI no córnica, lactosamina sulfatada aparece ser un componente común de la superficie celular y de las glicoproteínas extracelulares. Alguna de esta sulfatación incluye la unión O de estructuras x de Lewis, que difieren de la KS en que son sulfatadas solo en el término no reducido y son fucosiladas en el extremo GlcNAc.[6]​ Estructuras de otros lactosaminoglicanos sulfatados aún están por caracterizarse, y parece probable que alguno se encuentre que sea KS. Aunque la unión de KSI no es específico de tejido, otras características de KS en tejidos no córnicos difieren del modelo córnicos. Las cadenas de KS en fibromodulina y osteoadherina son relativamente cortas (8-9 disacáridos) y están más sulfatadas que el KS en la córnea. KS en fibromodulina carece de la clara estructura de dominio de KS córnica, pero como el KS de la córnea interviene en la sulfatación de Gal reducida cerca el extremo reductor. Grupos unidos al extremo no reductor de la fibromodulina del KS son más típicos que aquellos en el KS del cartílago que los de la córnea. La estructura del KS puede ser redactada primeramente por factores específicos del tejido, como glicosiltransferasas más que el tipo de unión al núcleo proteico.

KSII

Las cadenas son más cortas que el KS de la córnea (5-11 disacáridos) y carecen de la estructura dominio característica. El KSII del cartílago esta altamente sulfatado, consistiendo casi por completa de monómeros disulfatados interrumpidos ocasionalmente por un monómero de lactosamina monosulfatado. La unión a la proteína es mediante serina o treonina y requiere un tipo de mucina “núcleo 2” oligosacárido. La sialilación de Gal está unida al C3 de la unión de GalNAc es solo parcial. Las cadenas de KSII están unidas por ácido siálico en el C3 y C6 del GlcNAc terminal. La fucosa unida α también es presente en el C3 del GlcNAc sulfatado a través de la cadena pero no en las cuatro mitades de hexosas en el extremo no reductor. Esta característica distingue moléculas de KS de las de Lewis X (Lex) antígenos los cuales son fucosilados en el penúltimo GlcNAc del extremo no reducido. Estas glicoformas parecidas al KS están presentes en la superficie endotelial de células y sirven como ligandos de selectinas.[7]​ El KS del cartílago traqueal no presenta fucosilación del GlcNAc interno, y presenta solo (2→3) ácido siálico unido al final de la cadena. Así, las actividades de las glicotransferasas específicas de tejido y no la secuencia primaria de la proteína parecen ser grandes determinantes de la estructura de la cadena de KSII y de sus moléculas asociadas.

Uniones O entre KS y Man (KSIII)

Un tercer tipo de unión entre KS y proteínas se ha descrito en proteoglicanos de cerebro.[8]​ Estas cadenas de KS están unidas a Ser/Thr en el núcleo de la proteína mediante manosa, por ejemplo KS-Man-O-Ser. Esta unión parece estar presente en KS fosfórica, en cambio, la caracterización completa de las proteínas en las cuales Man-O-Ser unidas a KS está pendiente.

Biosíntesis de KS

Enzimas biosintéticos

KS es elongada mediante la acción de glicosil transferasas que alternativamente añaden Gal y GlcNAc en el polímero creciente. La actividad de la Gal-transferasa en células de la córnea se parece a la actividad de la β-1,4-glicosiltransferasa abundante en el suero y en la leche. En años recientes una familia de al menos siete genes β4Gal-T se han identificado, y los roles de cada uno se están actualmente definiendo. Durante el desarrollo corneal de un polluelo se encontró que la transcripción β4Gal-T aumentaba durante el desarrollo de la síntesis de KS. La actividad de esta enzima se mantuvo en un inusual alto nivel en las células de la córnea de los adultos. La comparación con las secuencias de cDNA conocidas indica que la β4Gal-T de la córnea uprerregulada es idéntica a la β4Gal-T1. Interesantemente, la actividad de β4Gal-T1 continúa en niveles elevados en células cultivadas que han perdido la síntesis de KS. Aunque β4Gal-T1 parece ser el enzima involucrado en la síntesis de KS de la córnea, esta enzima específica no se ha relacionado con la biosíntesis de KS en otros tejidos.

La N-acetilglucosaminosiltransferasa (GnT) responsable de la síntesis de KS no se ha identificado. Un número de enzimas GnT son conocidos, de los cuales parecen ser candidatos potenciales. Se ha demostrado que una enzima (iGnT) ampliamente distribuida participa en la síntesis lineal de polilactosamina (conocidos como antígenos “i”).[9]​ Los RNA’s transcritos para esta enzima están enriquecidos en el cerebro, un tejido en el cual el KS es sintetizado activamente. Recientemente una segunda enzima GnT (β3GnT) activo en la síntesis de polilactosamina lineal se ha identificado y clonado. Hoy por hoy, sin embargo, no se ha presentado evidencia entre la relación de GnT con la síntesis de KS.

El KS está también sulfatado en las mitades de GlcNAc y una enzima específica es responsable de esta actividad. Nakazawa demostró que la actividad de la GlcNAc-6-sulfotransferasa (Gn6ST) en extractos de querocita sulfata específicamente la GlcNAc (β1-3)Gal-R terminal no reductor. Solo el KS parcialmente desulfatado reciben sulfatación solo en las mitades de Gal por estos extractos. Los cDNAs para dos enzimas Gn6ST con la especificidad para el GlcNAc terminal no reductor se han identificado y se han clonado; sin embargo, aún queda la pregunta es si alguno de éstos representa las enzimas involucradas en la síntesis de KS. Pacientes con distrofia macular de la córnea, una enfermedad que el KS carece de la sulfatación de GlcNAc a través del cuerpo, han inalterado los niveles de esta enzima en su suero. La implicación de estos descubrimientos es que una enzima de especificidad similar con la restricción específica de la localización en el tejido pueden ser responsables de la síntesis de KS.

La especificidad de la enzima Gn6ST sugiere que la sulfatación del GlcNAc del KS puede ocurrir simultáneamente con la elongación y solo en el extremo donde la cadena crece. La idea de la elongación coordinada y de la sulfatación de KS está apoyada por estudios biosintéticos con células libres de extractos de la córnea que mostraron un cambio coordinado en la Vmax de tanto la elongación como la sulfatación con respecto a la largaria de la cadena de KS.

Proteínas asociadas al KS

 
Disposición del queratán sulfato con otras biomoléculas en los tejidos

KS puede ser identificado en un amplio conjunto de tejidos, indicando que la maquinaria enzimática para producir este polímero no está severamente restringida en la localización en el tejido. Solo un número limitado de proteínas se conocen que están asociadas al KS como una modificación postraduccional. La conclusión lógica que surge de estas dos observaciones es que la expresión de estas proteínas nucleares es un determinante importante de la biosíntesis de KS. Entendiendo los genes y los patrones de la expresión génica para las proteínas nucleares de KS, además, es esencial para un completo entendimiento de la biosíntesis del KS. Sobre la última década un número de proteínas modificadas con KS y los genes que codifican para estas se han identificado. Estudios de immunolocalizacion de KS sugiere que hay más proteínas asociadas al KS que aún no se han caracterizado.

Pequeños proteoglicanos ricos en leucina (SLRPs)

Este es un extenso grupo de proteínas asociadas que son típicamente componentes de la matriz intersticial. Miembros de esta familia comparten series de 24 repeticiones de aminoácidos de leucina (LRRs) que forman la porción central de cada proteína. Estudios de modelaje y observación directa sugiere que las LRRs pliegan la proteína en series de láminas β, creando una estructura tridimensional en forma de arco con la unión a KS en determinados sitios para que las cadenas de KS se extiendan desde el sitio convexo del arco. En la córnea, KS está presente en tres SLRP proteínas, lumicano, queratocano y mimecano. La fibromodulina y el PRELP en el cartílago y la osteoadherina en el hueso son también proteínas de la familia de las SLRP modificadas con KS. Péptidos trípticos unidos al KS de la fibromodulina contienen todos los cuatro sitios potenciales de la N-glucosilación en la proteína, sin embargo el tamaño de la molécula intacta sugiere que solo un sitio de cada proteína es alargada con KS. Una aproximación similar identificó los sitios de unión del KS en el lumicano y queratocano de córnea de gallina.[10]​ El sitio de unión del KS en cada caso fue N-terminal en la primera leucina de un LRR indicando una localización superficial para cada cadena. La mayoría de los sitios fueron caracterizados por tres aminoácidos aromáticos N-terminales en el lugar de unión.

Agrecano

El mayor proteoglicano del cartílago es el agrecano una proteína muy grande en la cual se encuentra KS en dos dominios separados. La mayoría de KS se une mediante enlaces O al agrecano entre las regiones G2 y G3 caracterizadas por una secuencia de seis aminoácidos repetidos. Esta secuencia está altamente conservada en las diferentes especies vertebradas, pero el número de unidades repetidas varía. Esta variación puede suponer las diferencias de contenido de KS en el agrecano de diferentes especies. Esta secuencia no se conserva en los roedores, y en estas especies el KS esquelético está altamente reducido o ausente. KS también está unido a agrecano cerca del extremo N de la proteína en el dominio de unión HA tanto en las formas de unión N- y O-.[11]​ Las cadenas de KS en la región de unión HA pueden tener diferente largaria y sulfatación comparado con las cadena de la región de unión GAG de la molécula. Esto sugiere que la conformación de la proteína en esta gran molécula puede controlar el acceso de glicosil o sulfotranserasa durante el paso a través de Golgi.

Proteoglicanos asociados a células

Se ha demostrado recientemente que el KS está asociado a un número de tejidos epiteliales. Queratinocitos, células uterinas del endometrio, endotelio de la córnea, glándula sebásica , glándula salivar y glándulas sudoríparas del epitelio presentan inmunoreactividad al KS en tejidos adultos. También se encuentra KS en una variedad de células de carcinoma del epitelio. La proteína endometrial MUC1 se ha presentado recientemente que está modificada con KS. MUC1 es un componente común en la capa de la mucina asociada con superficies apicales del epitelio secretor. Esta única molécula puede demostrarse de ser la responsable de la presencia de KS en algunas de las numerosas superficies glandulares de las que se han mencionado. Otra molécula de la superficie celular CD44 contiene KS.[12]​ CD44 y SV2 son las primeras proteínas de membrana que se han identificado con KS. Un tercer tipo KS asociado a las célula se describió como una modificación del las moléculas intracelulares de queratina con KS en queratinocitos. Estos ejemplos de KS asociadas a la célula demuestran que, como la condroitina y tejidos conectivos modifican una variedad de proteínas con variedad considerable en su localización.

Proteoglicanos cerebrales

Una de las áreas más activas de la investigación sobre KS incluye a proteoglicanos del sistema nervioso central. Después de la córnea y tejidos del hueso, el cerebro parece que presenta la cantidad de KS más abundante y es uno de los tejidos más ricos en enzimas responsables de la biosíntesis de KS. El proteoglicano as abundante en el cartílago, el agrecano, está presente en tejidos neurológicos, pero el agrecano en el SNC no contiene KS. Diversos proteoglicanos que parecen ser únicos en el tejido nervioso se han descrito, incluyendo ABAKAN, SV2, PG-1000,[13]​ claustrina y fosfoqueratán sulfato. Cada una parece unirse de forma única al KS con una localización altamente específica, producida por una población limitada de células. Otras proteínas unidas a KS en el tejido nervioso pero aún se han de caracterizar completamente.

Control de la síntesis de KS

La biosíntesis de KS está generalmente alterada en respuesta cambios metabólicos, patológicos o desarrollo en tejidos. Este fenómeno fue descrito por primera vez en la córnea. En embriones de pollo, el KS sulfatado no se detecta hasta aproximadamente 12 horas después de la invasión de células neurales migratorias en el estroma primario. Después de esto, el KS se acumula rápidamente en el estroma. Esta acumulación continúa después del nacimiento y en el adulto también. Similarmente, en la córnea de ratones neonatales, lumicano se encuentra primariamente como una glicoproteína no sulfatada per empieza a ser modificada con KS en 10-14 días, cuando se abren los ojos. El tamaño y carga de esta KS córnica aumenta por al menos un año. Estudios de la cantidad de KS en corneas humanas sugieren un crecimiento similar de KS en la vida.

El KS del cartílago parece presentar cambios desarrolladores similares a los de la córnea. El contenido KS en agrecano en el cartílago sufre un incremento en la largada de la cadena de KS y de sulfatación relacionados con la edad. El cerebro de rata, también, presenta un poco de KS embriónica, desarrollando la mayoría de la actividad de KS después del nacimiento. Por otro lado, la mayor parte de la KS en el cerebro es única, compleja y con patrones de desarrollo regulados. Este nivel regulación tan precisa sugiere una función desarrolladora especializada de las moléculas unidas a KS del SNC.

Una segunda propiedad de la biosíntesis KS observada ampliamente es su volatilidad en la reparación de heridas e in vitro. Tipos celulares que secretan KS (células neurológicas, condrocitos y queratocitos) son quiescentes in vivo, pero cuando se mantienen in vitro, condrocitos y queratocitos, dependiendo de las condiciones del cultivo, generalmente asumen una morfología fibroblástica y pierden la síntesis de KS. En reparaciones córnicas los queratocitos son activados para dividirse, adoptan un fenotipo fibroblástico similar a los fibroblastos de cultivo, y sintetizan pequeñas cantidades de KS. Condiciones patológicas crónicas o subagudas que afectan a la córnea también conllevan a perder KS en el estroma. En el cerebro, el KS microglial es reducido durante la inflamación y el KS cerebral es reducido como un resultado de la enfermedad de Alzheimer.[14]​ La reducción de KS en tanto cerebro como córnea parece estar en asociación con la inflamación, sugiriendo un rol en las citoquinas proinflamatorias en la regulación negativa de la biosíntesis de KS.

Numerosos estudios han documentado el poco parecido de KS en fibroblastos de córnea en cultivo. Un detallado análisis de los productos sintetizados por estos cultivos demostraron la expresión de todas las tres proteínas unidas al KS pero encontraron que estaban modificadas con oligolactosamina truncada con poca o sin sulfatación. Estos resultados sugieren que la regulación negativa de la biosíntesis de KS in vitro (y por la implicación en la curación de heridas) corta la regulación negativa de glicosil o sulfotransferasas específicas de KS. Un estudio utilizando queratocitos aislados mostró una marcada reducción en la sulfatación de los residuos de GlcNAc de KS después de un corto periodo de cultivo de estas células en suero. Las enzimas específicas para la polimerización y sulfatación de KS pueden ser reguladores claves de la biosíntesis de KS in vitro y posiblemente también in vitro. Desarrollos recientes de métodos de cultivo para queratocitos que mantienen la biosíntesis de KS macromolecular y completamente sulfatada en periodos extensos in vitro resulta una estrategia útil para la identificación de enzimas biosintéticos específicos para KS. La biosíntesis de KS por los queratocitos cultivados utilizando este método fue regulada negativamente por suero fetal de bovino y por la transformación del factor de crecimiento β (TGFβ), pero el factor de crecimiento 2 de los fibroblastos (FGF) actuaron para mantener la síntesis in vitro de KS. Este sistema experimental produce la oportunidad de examinar el efecto de varios estímulos (por ejemplo, nutrientes, citoquinas inflamatorias, interacciones célula) en la síntesis de KS.

Funciones biológicas de KS

Hidratación de tejidos

En al córnea, la gran abundancia de KS parece estar relacionada con el mantenimiento del nivel de hidratación del tejido, crítico para la transparencia de la córnea. Los proteoglicanos unidos a KS y dermatán sulfato de la córnea presentan distintas propiedades de unión al agua. A niveles de hidratación normales en el estroma de la córnea, dermatán sulfato está completamente hidratado mientras que queratán sulfato solo está parcialmente hidratado, sugiriendo que el KS proporciona un almacén dinámico para la hidratación de la córnea. La importancia de KS en el estroma está apoyada por los datos de enfermedades como la distrofia macular de la córnea en la cual el balance de glicosaminoglicanos está alterado. Recientemente una mutación para el lumicano en ratones presentó una reducción del 25% en el queratán sulfato de la córnea y presenta una pérdida similar en la hidratación estromal.[15]​ Estos ratones desarrollaron cataratas después de 3-6 meses de vida, un periodo de tiempo consistente en la acumulación de KS sulfatado en la córnea de ratón. Estos resultados apoyan la hipótesis que la transparencia de la córnea depende de la presencia abundante de queratán sulfato.

Biología celular de KS

La función de KS en la hidratación de la córnea no explica la presencia de pequeñas cantidades de KS en otros tantos tejidos. Numerosas funciones biológicas se han documentado para hialuronan, heparán sulfato y condroitín sulfato. Estudios recientes sobre el KS presentan información sugiriendo que el KS también es un participante activo en la biología celular de tejidos en los cuales está localizado. Macrófagos de ratón expresan una alta afinidad en la superficie celular para lumicanos y lumicanos modificados con oligolactosaminano sulfatada. Estas células no unen el lumicano que lleva cadenas de KS sulfatadas, tampoco se unirán y se repartirán a través de superficies plásticas recubiertas con KS-lumicano. La extracción de KS con endo-βgalactosidasa almacenada en células in vitro. Este carácter anti-adhesivo de KS se ha observado en otros estudios. Moléculas que contienen KS constituyen una barrera del crecimiento neuronal in vitro y parece ser que dirige los patrones del crecimiento axonal durante el desarrollo o la regeneración in vivo. El carácter de “barrera” de KS también está implicado en los descubrimientos de que las cadenas de KS en el bloque de agrecanos desarrollan una respuesta inmune in vivo e in vitro al dominio G1 de esta proteína, bloqueando el desarrollo de la osteoartritis inducida por antígeno.[16]

La abundancia de KS asociado a células en el endometrio uterino varía durante el ciclo menstrual, alcanzando un pico en el momento en el cual ocurre la implantación del embrión. En este momento las moléculas sensibles a la queratanasa bloquean el acceso de anticuerpos anti MUC1 ectodominio epítopos, normalmente accesibles en el ciclo. Estos descubrimientos sugieren una función potencial de la KS en el proceso de la implantación. El KS también ha sido implicado en la motilidad celular del epitelio de la córnea, una única membrana que recubre la superficie posterior de la córnea. Estas células normalmente presentan una distribución de mosaico de KS en su superficie apical, pero después de la curación el KS es reducido o ausente en células migratorias. El KS vuelve en abundancia en la superficie celular cuando las células paran de migrar. La función de moléculas antiadhesivas en complejos y a veces con roles paradójicos durante uniones celulares y motilidad. Las propiedades antiadhesivas del KS pueden jugar roles significativos en la implantación y en la migración epitelial, así como en otros procesos biológicos. Estudios correlativos como aquellos sugieren que sistemas experimentales en los cuales el mecanismo molecular de estos efectos biológicos pueden ser determinados.

Véase también

Proteoglicano

Glicosaminoglicano

Córnea

Cartílago

Keratan sulfate

Queratán sulfutransferasa

Referencias

  1. Meyer, K., Linker, A., The mucopolysaccharides of the cornea. J. Biol. Chem., 205, 611-616.
  2. Haschall, V.C. (1982) Structure biosynthesis of proteoglycans with keratan sulfate. Prog. Clin. Biol. Res., 110B, 3-15
  3. Krusius, T., Finne, J., Margolis, R.K. (1986) Identification of an O-glycosidic mannose-linked sialylated tetrasasaccharide and keratan sulfate oligosaccharide in the condroitin sulfate proteoglycan of brain. J. Biol. Chem., 261, 8237-8242
  4. Oeben, M., Keller, R., Stuhlsatz, H. W. (1987) Constant and variable domains of different disaccharide structure in corneal keratan sulphate chains. Biochem. J., 248, 85-93.
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  7. Tangemann, K., Bistrup, A., Hemmerich, S. and Rosen, S. D. (1999) Sulfation of a high endothelial venule- expressed ligand for L-selectin. Effects on tethering and rolling of lymphocytes. J. Exp. Med., 190, 935-942.
  8. Krusius, T., Finne, J., Margolis, R. K. (1986) Identification of an O-glycosidic mannose-linked sialylated tetrasaccharide and keratan sulfate oligosaccharides in the condroitin sulfate proteoglycan of brain. J. Biol. Chem., 261, 8237-8242
  9. Sasaki, K., Kurata-Miura, K., Ujita, M. (1997) Expression cloning of cDNA encoding a human beta-1,3-N-acetylglucosaminyltransferase that is essential for poly-N-acetillactosamine syntesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 14294-14299.
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  •   Datos: Q2457767

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El queratan sulfato KS tambien llamado queratosulfato es un glicosaminoglicano carbohidratos estructurales sulfatado encontrado especialmente en el ser humano en la cornea cartilago y hueso Se sintetiza en el sistema nervioso central donde participa en el desarrollo y en la formacion de la cicatriz glial tras una lesion Las moleculas de queratan sulfato son grandes moleculas altamente hidratadas que pueden actuar en las articulaciones como amortiguador para absorber el shock mecanico En los ultimos 5 anos se ha visto un marcado incremento en la investigacion de queratan sulfato KS y un incremento en nuestro entendimiento acerca del rango de moleculas que llevan este polisacarido adaptable Mas de 15 KS unidos a proteinas se han identificado y diversos de los genes codificantes de estas se han clonado Las moleculas que contienen KS se han identificado en numerosos tejidos epiteliales y neurologicos en los cuales la expresion de KS responde a un desarrollo embrional variaciones fisiologicas y para minimizar una herida Un cultivo de celulas de la cornea ha desarrollado un sistema en el cual la biosintesis de KS se mantiene Se ha hecho progreso hacia la identificacion de glicosil i sulfotranserasas responsables de la biosintesis de KS Un raton knock out del KS proteoglicano en cornea ha supuesto el primer soporte experimental de la funcion de la KS en la transparencia de la cornea Esta evidencia tambien se ha presentado apoyando a roles funcionales del KS en el reconocimiento celular de ligandos proteicos de guia axonal motilidad celular y en la implantacion del embrion Estos descubrimientos han servido para expandir el concepto de que es el queratan sulfato y los roles potenciales que puede jugar en los diversos tejidos celulares Indice 1 Historia 2 Estructura del queratan sulfato 2 1 Clases de KS 2 2 KSI de cornea 2 3 KSI no cornica 2 4 KSII 2 5 Uniones O entre KS y Man KSIII 3 Biosintesis de KS 3 1 Enzimas biosinteticos 4 Proteinas asociadas al KS 4 1 Pequenos proteoglicanos ricos en leucina SLRPs 4 2 Agrecano 4 3 Proteoglicanos asociados a celulas 4 4 Proteoglicanos cerebrales 5 Control de la sintesis de KS 6 Funciones biologicas de KS 6 1 Hidratacion de tejidos 6 2 Biologia celular de KS 7 Vease tambien 8 ReferenciasHistoria EditarQueratan sulfato fue identificado en 1939 por Suzuki en extractos de cornea Suzuki 1939 y en la decada de los 50 gracias a los esfuerzos de Karl Meyer quien introdujo el nombre de queratosulfato y otros caracterizaron este material como un polimero lineal de lactosamina 3Galb1 4GlcNAcb1 sulfatado en el carbono 6 de las dos hexosas 1 Tras decadas desde su inicial caracterizacion el interes sobre el queratan sulfato no ha menguado nunca De hecho desde 1970 hasta la mitad de los 90 la publicacion anual de articulos con queratan sulfato como tema principal ha crecido casi 5 veces mas 2 Diversas revisiones previas han examinado la estructura y biosintesis de KS desde 1991 Estructura del queratan sulfato EditarClases de KS Editar Originalmente las designaciones de KSI y KSII se basaban en las diferencias entre el KS de la cornea y el de cartilago El KS de la cornea presenta enlaces N con los residuos de Asn en el nucleo de la proteina mientras que el KS del cartilago presenta enlaces O con residuos de Ser y Thr Estas estructuras de union sin embargo no son especificas del tejido en su localizacion Las designaciones clasicas se utilizan actualmente respecto a la estructura de union no a la localizacion del tejido Asi el termino KSI incluye todas las moleculas de KS unidas a Asn y KSII se utiliza para referirse a todas las KS unidas a una proteina mediante GalNAc O Ser Thr Un tercer tipo de union de KS Man O Ser se ha identificado que puede ser considerado como KSIII 3 KSI de cornea Editar Distrofia macular corneal Imagen de microscopio optico donde se muestra un paciente con MCD tipo I izquierda mostrando una reactividad normal marron al estroma corneal al anticuerpo anti queratan sulfato KS de la cornea es el prototipo de KSI y es el mas caracterizado La cantidad de KS en la cornea es mas de 10 veces que en el cartilago y es de 2 a 4 ordenes de magnitud mas grande que el KS encontrado en otros tejidos La union de KS de la cornea a proteinas suponte un tipo de complejo bicatenario de oligosacaridos con enlaces N a asparraguina en el nucleo de la proteina Analisis de una subreaccion de KS de la cornea porcina altamente purificada encontro que la cadena de KS solo s extiende en la rama C3 acabando con una unica lactosamina unida a acido sialico Otras citaciones sugieren que las ramas C3 de la union de oligsacaridos se pueden extender con cadenas de KS ademas de las ramas de C6 Analisis estructurales de las uniones de KS de la cornea de mono no encontraron evidencia que el C3 acababa con acido sialico 4 Evidencias para la extension de dos cadenas bicatenarias de la union del oligosacarido tambien se aporto a partir de la comparacion del peso molecular de KS bovino secretado por N glicanasa por ejemplo con una union de oligosacaridos intacta con la largada de la cadena Ademas ni la sintesis de KS de la cornea ni de KS de la fibromdulina un proteoglicano del cartilago unido de forma N a la KSI se bloquean completamente con swainsonina un inhibidor del procesamiento del brazo C6 del oligosacarido precursor implicando que KS se ha de extender en el brazo C3 del nucleo de manosa Esta evidencia para la extension bicatenaria de la union de KSI tambien esta apoyada por experimentos que sugieren que tanto las extensiones mono bicatenarias de la union pueden suceder en KSI y que la localizacion del sitio en el nucleo de la proteina puede influir el tipo de extension Heterogeneidad tambien se ha visto en la modificacion de la region de union de ZP3 una proteina de la zona pelucida sustituida por KS con uniones N en estas proteinas KS puede modificar tanto el brazo C3 el C6 o ambos de la union bicatenaria del oligosacarido Oeben encontro que la sulfatacion de una fraccion purificada de KS de la cornea porcina estaba distribuida segun un patron no aleatorio distinto Los disacaridos mas proximos a la terminacion reducida se encontro que no estaban sulfatados a continuacion una serie se encuentra de dominios donde los disacaridos solo se sulfatan en la mitad de GlcNAc 5 El extremo no reducido de la cadena de KS de cornea de porcino consiste en un dominio de longitud variable 8 34 de solamente disacaridos disulfatados Este dominio altamente sulfatado es responsable de la heterogeneidad en la carga y tamano caracteristicos de la KS de la cornea Tambien existe la idea de que la N sulfatacion de GlcN puede ocurrir en el dominio altamente sulfatado de KS de la cornea El extremo no reductor de cada cadena esta envuelto de una variedad de estructuras En la KS de cornea de bovino aproximadamente el 70 de las cadenas de la cornea acaban con acido neuraminico el resto con bGalNAc o a Gal KSI no cornica Editar Fibromodulia PRELP y osteoadherina son proteinas de cartilago y de hueso modificadas con una cadena de KS unida en la forma N Diversas proteinas de la zona pelucida del ovario llevan carbohidratos considerados KS El proteoglicano agrecano del cartilago tambien contiene 2 3 cadenas de KS unidas de forma N ademas de 20 o mas unidas de forma O La KS unida en forma N tambien se ha aislado de la dermis de caballo Ademas de estos ejemplos de KSI no cornica lactosamina sulfatada aparece ser un componente comun de la superficie celular y de las glicoproteinas extracelulares Alguna de esta sulfatacion incluye la union O de estructuras x de Lewis que difieren de la KS en que son sulfatadas solo en el termino no reducido y son fucosiladas en el extremo GlcNAc 6 Estructuras de otros lactosaminoglicanos sulfatados aun estan por caracterizarse y parece probable que alguno se encuentre que sea KS Aunque la union de KSI no es especifico de tejido otras caracteristicas de KS en tejidos no cornicos difieren del modelo cornicos Las cadenas de KS en fibromodulina y osteoadherina son relativamente cortas 8 9 disacaridos y estan mas sulfatadas que el KS en la cornea KS en fibromodulina carece de la clara estructura de dominio de KS cornica pero como el KS de la cornea interviene en la sulfatacion de Gal reducida cerca el extremo reductor Grupos unidos al extremo no reductor de la fibromodulina del KS son mas tipicos que aquellos en el KS del cartilago que los de la cornea La estructura del KS puede ser redactada primeramente por factores especificos del tejido como glicosiltransferasas mas que el tipo de union al nucleo proteico KSII Editar Las cadenas son mas cortas que el KS de la cornea 5 11 disacaridos y carecen de la estructura dominio caracteristica El KSII del cartilago esta altamente sulfatado consistiendo casi por completa de monomeros disulfatados interrumpidos ocasionalmente por un monomero de lactosamina monosulfatado La union a la proteina es mediante serina o treonina y requiere un tipo de mucina nucleo 2 oligosacarido La sialilacion de Gal esta unida al C3 de la union de GalNAc es solo parcial Las cadenas de KSII estan unidas por acido sialico en el C3 y C6 del GlcNAc terminal La fucosa unida a tambien es presente en el C3 del GlcNAc sulfatado a traves de la cadena pero no en las cuatro mitades de hexosas en el extremo no reductor Esta caracteristica distingue moleculas de KS de las de Lewis X Lex antigenos los cuales son fucosilados en el penultimo GlcNAc del extremo no reducido Estas glicoformas parecidas al KS estan presentes en la superficie endotelial de celulas y sirven como ligandos de selectinas 7 El KS del cartilago traqueal no presenta fucosilacion del GlcNAc interno y presenta solo 2 3 acido sialico unido al final de la cadena Asi las actividades de las glicotransferasas especificas de tejido y no la secuencia primaria de la proteina parecen ser grandes determinantes de la estructura de la cadena de KSII y de sus moleculas asociadas Uniones O entre KS y Man KSIII Editar Un tercer tipo de union entre KS y proteinas se ha descrito en proteoglicanos de cerebro 8 Estas cadenas de KS estan unidas a Ser Thr en el nucleo de la proteina mediante manosa por ejemplo KS Man O Ser Esta union parece estar presente en KS fosforica en cambio la caracterizacion completa de las proteinas en las cuales Man O Ser unidas a KS esta pendiente Biosintesis de KS EditarEnzimas biosinteticos Editar KS es elongada mediante la accion de glicosil transferasas que alternativamente anaden Gal y GlcNAc en el polimero creciente La actividad de la Gal transferasa en celulas de la cornea se parece a la actividad de la b 1 4 glicosiltransferasa abundante en el suero y en la leche En anos recientes una familia de al menos siete genes b4Gal T se han identificado y los roles de cada uno se estan actualmente definiendo Durante el desarrollo corneal de un polluelo se encontro que la transcripcion b4Gal T aumentaba durante el desarrollo de la sintesis de KS La actividad de esta enzima se mantuvo en un inusual alto nivel en las celulas de la cornea de los adultos La comparacion con las secuencias de cDNA conocidas indica que la b4Gal T de la cornea uprerregulada es identica a la b4Gal T1 Interesantemente la actividad de b4Gal T1 continua en niveles elevados en celulas cultivadas que han perdido la sintesis de KS Aunque b4Gal T1 parece ser el enzima involucrado en la sintesis de KS de la cornea esta enzima especifica no se ha relacionado con la biosintesis de KS en otros tejidos La N acetilglucosaminosiltransferasa GnT responsable de la sintesis de KS no se ha identificado Un numero de enzimas GnT son conocidos de los cuales parecen ser candidatos potenciales Se ha demostrado que una enzima iGnT ampliamente distribuida participa en la sintesis lineal de polilactosamina conocidos como antigenos i 9 Los RNA s transcritos para esta enzima estan enriquecidos en el cerebro un tejido en el cual el KS es sintetizado activamente Recientemente una segunda enzima GnT b3GnT activo en la sintesis de polilactosamina lineal se ha identificado y clonado Hoy por hoy sin embargo no se ha presentado evidencia entre la relacion de GnT con la sintesis de KS El KS esta tambien sulfatado en las mitades de GlcNAc y una enzima especifica es responsable de esta actividad Nakazawa demostro que la actividad de la GlcNAc 6 sulfotransferasa Gn6ST en extractos de querocita sulfata especificamente la GlcNAc b1 3 Gal R terminal no reductor Solo el KS parcialmente desulfatado reciben sulfatacion solo en las mitades de Gal por estos extractos Los cDNAs para dos enzimas Gn6ST con la especificidad para el GlcNAc terminal no reductor se han identificado y se han clonado sin embargo aun queda la pregunta es si alguno de estos representa las enzimas involucradas en la sintesis de KS Pacientes con distrofia macular de la cornea una enfermedad que el KS carece de la sulfatacion de GlcNAc a traves del cuerpo han inalterado los niveles de esta enzima en su suero La implicacion de estos descubrimientos es que una enzima de especificidad similar con la restriccion especifica de la localizacion en el tejido pueden ser responsables de la sintesis de KS La especificidad de la enzima Gn6ST sugiere que la sulfatacion del GlcNAc del KS puede ocurrir simultaneamente con la elongacion y solo en el extremo donde la cadena crece La idea de la elongacion coordinada y de la sulfatacion de KS esta apoyada por estudios biosinteticos con celulas libres de extractos de la cornea que mostraron un cambio coordinado en la Vmax de tanto la elongacion como la sulfatacion con respecto a la largaria de la cadena de KS Proteinas asociadas al KS Editar Disposicion del queratan sulfato con otras biomoleculas en los tejidosKS puede ser identificado en un amplio conjunto de tejidos indicando que la maquinaria enzimatica para producir este polimero no esta severamente restringida en la localizacion en el tejido Solo un numero limitado de proteinas se conocen que estan asociadas al KS como una modificacion postraduccional La conclusion logica que surge de estas dos observaciones es que la expresion de estas proteinas nucleares es un determinante importante de la biosintesis de KS Entendiendo los genes y los patrones de la expresion genica para las proteinas nucleares de KS ademas es esencial para un completo entendimiento de la biosintesis del KS Sobre la ultima decada un numero de proteinas modificadas con KS y los genes que codifican para estas se han identificado Estudios de immunolocalizacion de KS sugiere que hay mas proteinas asociadas al KS que aun no se han caracterizado Pequenos proteoglicanos ricos en leucina SLRPs Editar Este es un extenso grupo de proteinas asociadas que son tipicamente componentes de la matriz intersticial Miembros de esta familia comparten series de 24 repeticiones de aminoacidos de leucina LRRs que forman la porcion central de cada proteina Estudios de modelaje y observacion directa sugiere que las LRRs pliegan la proteina en series de laminas b creando una estructura tridimensional en forma de arco con la union a KS en determinados sitios para que las cadenas de KS se extiendan desde el sitio convexo del arco En la cornea KS esta presente en tres SLRP proteinas lumicano queratocano y mimecano La fibromodulina y el PRELP en el cartilago y la osteoadherina en el hueso son tambien proteinas de la familia de las SLRP modificadas con KS Peptidos tripticos unidos al KS de la fibromodulina contienen todos los cuatro sitios potenciales de la N glucosilacion en la proteina sin embargo el tamano de la molecula intacta sugiere que solo un sitio de cada proteina es alargada con KS Una aproximacion similar identifico los sitios de union del KS en el lumicano y queratocano de cornea de gallina 10 El sitio de union del KS en cada caso fue N terminal en la primera leucina de un LRR indicando una localizacion superficial para cada cadena La mayoria de los sitios fueron caracterizados por tres aminoacidos aromaticos N terminales en el lugar de union Agrecano Editar El mayor proteoglicano del cartilago es el agrecano una proteina muy grande en la cual se encuentra KS en dos dominios separados La mayoria de KS se une mediante enlaces O al agrecano entre las regiones G2 y G3 caracterizadas por una secuencia de seis aminoacidos repetidos Esta secuencia esta altamente conservada en las diferentes especies vertebradas pero el numero de unidades repetidas varia Esta variacion puede suponer las diferencias de contenido de KS en el agrecano de diferentes especies Esta secuencia no se conserva en los roedores y en estas especies el KS esqueletico esta altamente reducido o ausente KS tambien esta unido a agrecano cerca del extremo N de la proteina en el dominio de union HA tanto en las formas de union N y O 11 Las cadenas de KS en la region de union HA pueden tener diferente largaria y sulfatacion comparado con las cadena de la region de union GAG de la molecula Esto sugiere que la conformacion de la proteina en esta gran molecula puede controlar el acceso de glicosil o sulfotranserasa durante el paso a traves de Golgi Proteoglicanos asociados a celulas Editar Se ha demostrado recientemente que el KS esta asociado a un numero de tejidos epiteliales Queratinocitos celulas uterinas del endometrio endotelio de la cornea glandula sebasica glandula salivar y glandulas sudoriparas del epitelio presentan inmunoreactividad al KS en tejidos adultos Tambien se encuentra KS en una variedad de celulas de carcinoma del epitelio La proteina endometrial MUC1 se ha presentado recientemente que esta modificada con KS MUC1 es un componente comun en la capa de la mucina asociada con superficies apicales del epitelio secretor Esta unica molecula puede demostrarse de ser la responsable de la presencia de KS en algunas de las numerosas superficies glandulares de las que se han mencionado Otra molecula de la superficie celular CD44 contiene KS 12 CD44 y SV2 son las primeras proteinas de membrana que se han identificado con KS Un tercer tipo KS asociado a las celula se describio como una modificacion del las moleculas intracelulares de queratina con KS en queratinocitos Estos ejemplos de KS asociadas a la celula demuestran que como la condroitina y tejidos conectivos modifican una variedad de proteinas con variedad considerable en su localizacion Proteoglicanos cerebrales Editar Una de las areas mas activas de la investigacion sobre KS incluye a proteoglicanos del sistema nervioso central Despues de la cornea y tejidos del hueso el cerebro parece que presenta la cantidad de KS mas abundante y es uno de los tejidos mas ricos en enzimas responsables de la biosintesis de KS El proteoglicano as abundante en el cartilago el agrecano esta presente en tejidos neurologicos pero el agrecano en el SNC no contiene KS Diversos proteoglicanos que parecen ser unicos en el tejido nervioso se han descrito incluyendo ABAKAN SV2 PG 1000 13 claustrina y fosfoqueratan sulfato Cada una parece unirse de forma unica al KS con una localizacion altamente especifica producida por una poblacion limitada de celulas Otras proteinas unidas a KS en el tejido nervioso pero aun se han de caracterizar completamente Control de la sintesis de KS EditarLa biosintesis de KS esta generalmente alterada en respuesta cambios metabolicos patologicos o desarrollo en tejidos Este fenomeno fue descrito por primera vez en la cornea En embriones de pollo el KS sulfatado no se detecta hasta aproximadamente 12 horas despues de la invasion de celulas neurales migratorias en el estroma primario Despues de esto el KS se acumula rapidamente en el estroma Esta acumulacion continua despues del nacimiento y en el adulto tambien Similarmente en la cornea de ratones neonatales lumicano se encuentra primariamente como una glicoproteina no sulfatada per empieza a ser modificada con KS en 10 14 dias cuando se abren los ojos El tamano y carga de esta KS cornica aumenta por al menos un ano Estudios de la cantidad de KS en corneas humanas sugieren un crecimiento similar de KS en la vida El KS del cartilago parece presentar cambios desarrolladores similares a los de la cornea El contenido KS en agrecano en el cartilago sufre un incremento en la largada de la cadena de KS y de sulfatacion relacionados con la edad El cerebro de rata tambien presenta un poco de KS embrionica desarrollando la mayoria de la actividad de KS despues del nacimiento Por otro lado la mayor parte de la KS en el cerebro es unica compleja y con patrones de desarrollo regulados Este nivel regulacion tan precisa sugiere una funcion desarrolladora especializada de las moleculas unidas a KS del SNC Una segunda propiedad de la biosintesis KS observada ampliamente es su volatilidad en la reparacion de heridas e in vitro Tipos celulares que secretan KS celulas neurologicas condrocitos y queratocitos son quiescentes in vivo pero cuando se mantienen in vitro condrocitos y queratocitos dependiendo de las condiciones del cultivo generalmente asumen una morfologia fibroblastica y pierden la sintesis de KS En reparaciones cornicas los queratocitos son activados para dividirse adoptan un fenotipo fibroblastico similar a los fibroblastos de cultivo y sintetizan pequenas cantidades de KS Condiciones patologicas cronicas o subagudas que afectan a la cornea tambien conllevan a perder KS en el estroma En el cerebro el KS microglial es reducido durante la inflamacion y el KS cerebral es reducido como un resultado de la enfermedad de Alzheimer 14 La reduccion de KS en tanto cerebro como cornea parece estar en asociacion con la inflamacion sugiriendo un rol en las citoquinas proinflamatorias en la regulacion negativa de la biosintesis de KS Numerosos estudios han documentado el poco parecido de KS en fibroblastos de cornea en cultivo Un detallado analisis de los productos sintetizados por estos cultivos demostraron la expresion de todas las tres proteinas unidas al KS pero encontraron que estaban modificadas con oligolactosamina truncada con poca o sin sulfatacion Estos resultados sugieren que la regulacion negativa de la biosintesis de KS in vitro y por la implicacion en la curacion de heridas corta la regulacion negativa de glicosil o sulfotransferasas especificas de KS Un estudio utilizando queratocitos aislados mostro una marcada reduccion en la sulfatacion de los residuos de GlcNAc de KS despues de un corto periodo de cultivo de estas celulas en suero Las enzimas especificas para la polimerizacion y sulfatacion de KS pueden ser reguladores claves de la biosintesis de KS in vitro y posiblemente tambien in vitro Desarrollos recientes de metodos de cultivo para queratocitos que mantienen la biosintesis de KS macromolecular y completamente sulfatada en periodos extensos in vitro resulta una estrategia util para la identificacion de enzimas biosinteticos especificos para KS La biosintesis de KS por los queratocitos cultivados utilizando este metodo fue regulada negativamente por suero fetal de bovino y por la transformacion del factor de crecimiento b TGFb pero el factor de crecimiento 2 de los fibroblastos FGF actuaron para mantener la sintesis in vitro de KS Este sistema experimental produce la oportunidad de examinar el efecto de varios estimulos por ejemplo nutrientes citoquinas inflamatorias interacciones celula en la sintesis de KS Funciones biologicas de KS EditarHidratacion de tejidos Editar En al cornea la gran abundancia de KS parece estar relacionada con el mantenimiento del nivel de hidratacion del tejido critico para la transparencia de la cornea Los proteoglicanos unidos a KS y dermatan sulfato de la cornea presentan distintas propiedades de union al agua A niveles de hidratacion normales en el estroma de la cornea dermatan sulfato esta completamente hidratado mientras que queratan sulfato solo esta parcialmente hidratado sugiriendo que el KS proporciona un almacen dinamico para la hidratacion de la cornea La importancia de KS en el estroma esta apoyada por los datos de enfermedades como la distrofia macular de la cornea en la cual el balance de glicosaminoglicanos esta alterado Recientemente una mutacion para el lumicano en ratones presento una reduccion del 25 en el queratan sulfato de la cornea y presenta una perdida similar en la hidratacion estromal 15 Estos ratones desarrollaron cataratas despues de 3 6 meses de vida un periodo de tiempo consistente en la acumulacion de KS sulfatado en la cornea de raton Estos resultados apoyan la hipotesis que la transparencia de la cornea depende de la presencia abundante de queratan sulfato Biologia celular de KS Editar La funcion de KS en la hidratacion de la cornea no explica la presencia de pequenas cantidades de KS en otros tantos tejidos Numerosas funciones biologicas se han documentado para hialuronan heparan sulfato y condroitin sulfato Estudios recientes sobre el KS presentan informacion sugiriendo que el KS tambien es un participante activo en la biologia celular de tejidos en los cuales esta localizado Macrofagos de raton expresan una alta afinidad en la superficie celular para lumicanos y lumicanos modificados con oligolactosaminano sulfatada Estas celulas no unen el lumicano que lleva cadenas de KS sulfatadas tampoco se uniran y se repartiran a traves de superficies plasticas recubiertas con KS lumicano La extraccion de KS con endo bgalactosidasa almacenada en celulas in vitro Este caracter anti adhesivo de KS se ha observado en otros estudios Moleculas que contienen KS constituyen una barrera del crecimiento neuronal in vitro y parece ser que dirige los patrones del crecimiento axonal durante el desarrollo o la regeneracion in vivo El caracter de barrera de KS tambien esta implicado en los descubrimientos de que las cadenas de KS en el bloque de agrecanos desarrollan una respuesta inmune in vivo e in vitro al dominio G1 de esta proteina bloqueando el desarrollo de la osteoartritis inducida por antigeno 16 La abundancia de KS asociado a celulas en el endometrio uterino varia durante el ciclo menstrual alcanzando un pico en el momento en el cual ocurre la implantacion del embrion En este momento las moleculas sensibles a la queratanasa bloquean el acceso de anticuerpos anti MUC1 ectodominio epitopos normalmente accesibles en el ciclo Estos descubrimientos sugieren una funcion potencial de la KS en el proceso de la implantacion El KS tambien ha sido implicado en la motilidad celular del epitelio de la cornea una unica membrana que recubre la superficie posterior de la cornea Estas celulas normalmente presentan una distribucion de mosaico de KS en su superficie apical pero despues de la curacion el KS es reducido o ausente en celulas migratorias El KS vuelve en abundancia en la superficie celular cuando las celulas paran de migrar La funcion de moleculas antiadhesivas en complejos y a veces con roles paradojicos durante uniones celulares y motilidad Las propiedades antiadhesivas del KS pueden jugar roles significativos en la implantacion y en la migracion epitelial asi como en otros procesos biologicos Estudios correlativos como aquellos sugieren que sistemas experimentales en los cuales el mecanismo molecular de estos efectos biologicos pueden ser determinados Vease tambien EditarProteoglicanoGlicosaminoglicanoCorneaCartilagoKeratan sulfateQueratan sulfutransferasaReferencias Editar Meyer K Linker A The mucopolysaccharides of the cornea J Biol Chem 205 611 616 Haschall V C 1982 Structure biosynthesis of proteoglycans with keratan sulfate Prog Clin Biol Res 110B 3 15 Krusius T Finne J Margolis R K 1986 Identification of an O glycosidic mannose linked sialylated tetrasasaccharide and keratan sulfate oligosaccharide in the condroitin sulfate proteoglycan of brain J Biol Chem 261 8237 8242 Oeben M Keller R Stuhlsatz H W 1987 Constant and variable domains of different disaccharide structure in corneal keratan sulphate chains Biochem J 248 85 93 Funderburgh J L Brown S J 1993 Sequence and structural imlplications of a bovine keratan sulfate proteoglycan core 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