El ácido polisiálico es una modificación postraduccional inusual que se produce en las moléculas de adhesión de células neurales (NCAM). El ácido polisiálico es considerablemente aniónico . Esta fuerte carga negativa le da a esta modificación la capacidad de cambiar la carga superficial y la capacidad de unión de la proteína. En la sinapsis , la polisialación de NCAM impide su capacidad para unirse a las NCAM en la membrana adyacente.
El ácido polisiálico (polySia) es un polímero de unidades monoméricas que se repiten linealmente de residuos de ácido siálico unidos α2,8 y α2,9-glicosídicos . El ácido siálico se refiere a azúcares carboxilados de 9 carbonos, ácidos 2-ceto-3-dexoxi-D- glicero -nonónicos. [1] Una propiedad inusual de este azúcar es que a menudo se polimeriza en poliSia. Esto se logra uniendo los monómeros al extremo no reductor del glicano. Se compone principalmente de subunidades Neu5Ac . [2] Es polianiónico y voluminoso, lo que significa que tiene poca capacidad para alcanzar sus moléculas centrales. La poliSia es útil en la señalización en vertebrados y en la superficie celular de algunas glicoproteínas y glicolípidos que provocan modificaciones, y recientemente se ha descubierto que la función de la poliSia se relaciona casi directamente con su grado de polimerización . [2] El número de unidades puede oscilar entre 8 y más de 400. Este amplio rango provoca diferencias en la capacidad de la poliSia para adherir diferentes células, ayudar en la migración celular , la formación de sinapsis y regular la adhesión en las células nerviosas modelándolas y formateándolas. [3] El papel más destacado de poliSia es el de las modificaciones postraduccionales en algunas proteínas, siendo la principal NCAM. [4] La poliSia se une a moléculas de adhesión, lo que hace que sus propiedades adhesivas se reduzcan, lo que permite el control detallado de la migración celular y las relaciones entre células. Esto se debe a las propiedades polianiónicas y voluminosas de la poliSia.
El cuerpo humano produce poliSia de forma natural y la une a diversas proteínas. Esto se hace uniendo poliSia en el terminal α2,3 o α2,6 de la glicoproteína. Se emplea glicosilación unida a O mediante treonina o glicosilación unida a N mediante asparagina. Este enlace poliSia se encuentra en proteínas como NCAM, ligando 1 de selectina E (ESL-1), receptor de quimiocina C – C tipo 7 (CCR7), molécula de adhesión de células sinápticas-1 (SynCAM-1), neuropilina-2 (NRP -2), el receptor eliminador CD36 que se encuentra en la leche humana y la subunidad α del canal de sodio sensible al voltaje. [2] La síntesis de poliSia se forma enzimáticamente por α2,8-sialiltransferasa (ST8Sia) en una proteína transmembrana de tipo II ubicada en la membrana del aparato de Golgi . [2] ST8Sia hace esto agregando ácidos siálicos al extremo terminal del glicano a través del donante de ácido siálico CMP en varias longitudes según la necesidad. La longitud está controlada ampliamente por la expresión de enzimas polisialiltransferasas, controlando una vez más la función de poliSia.
La poliSia fue descubierta en E. coli K-235 por Barry y Goebel en 1957. [1] E. coli es una bacteria gramnegativa encapsulada en la que Barry y Goebel estudiaron, identificando la poliSia, a la que llamaron ácido colomínico. Tras este descubrimiento, se descubrió que muchas otras cápsulas bacterianas abundantes en glicanos contenían poliSia. Esto incluyó los serogrupos B y C de Neisseia meningitidis en 1975. Esto se hizo mediante el uso de un anticuerpo policlonal anti-polySia de caballo , siendo una de las primeras sondas inmunoquímicas eficaces. Esto fue revolucionario ya que los anticuerpos anti-polySia se utilizaron para encontrar poliSia en proteínas y células. En 2013 se encontraron Mannheimia haemolytica A2, Moraxella nonliquifaciens y E. coli K92. [1] Debido a que la cápsula contiene poliSia, muchos científicos han intentado generar vacunas para estas bacterias específicas, notoriamente difíciles de atacar. Sin embargo, sus éxitos han sido contados ya que la α2,8-polySia es producida naturalmente por los humanos. Otro problema es que la poliSia que se encuentra en las bacterias no produce una respuesta inmune sólida o consistente . [1]
Otro método de detección de poliSia se basa en el marcaje molecular con fluorescencia . Este proceso, iniciado en 1998, implica exponer el ácido N -acilneuramínico con enlaces α2→8 (Neu5Acyl) a la oxidación del periodato, lo que provoca que los terminales se oxiden y queden intactos en el medio. Si se observan compuestos C 9 después de esta exposición, indica la presencia de poliSia. La forma en que se pueden numerar es mediante cromatografía de intercambio aniónico después de la oxidación del peryodato con la etiqueta 1,2-diamino-4,5-metilendioxibenceno (DMB) en C7 y C9 . Se sabe que existen muchas estructuras diferentes de poliSia y éstas eran difíciles de reconocer y detectar hasta que apareció el marcaje fluorescente, lo que lo hace muy ventajoso. [1]
PolySia participa en muchas funciones humanas naturales. Los principales ejemplos incluyen las membranas , la señalización neuronal, el sistema inmunológico , la formación de trampas extracelulares de neutrófilos y la función de los macrófagos y la microglía . Primero, poliSia realiza modificaciones en la membrana debido a interacciones con una variedad de factores. Estos podrían incluir fuerzas repulsivas entre la polianiónica poliSia y el glicocalix , en su mayoría cargado negativamente . [2] Debido a estas interacciones, la membrana se modifica en su capacidad para interactuar con otras células, su distribución de carga superficial , interacción entre membranas, pH y potencial de membrana . Se observaron hidratación y carga antes y después de retirar la poliSia de una membrana y se observó una disminución del 25% en la distancia entre las células. [2] Esto se debe a las propiedades antiadherentes de la poliSia. La poliSia no sólo tiene interacciones repulsivas, sino que hay moléculas de carga positiva ubicadas en balsas lipídicas , como la NCAM. La interacción entre poliSia y NCAM afecta en gran medida la capacidad de señalización de NCAM ya que su composición se altera cuando se encuentran. Otras formas de señalización neuronal en las que participa poliSia incluyen el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) y el factor de crecimiento de fibroblastos 2 (FGF2). Con casi el mismo mecanismo, el acto de polisialilación provoca complejos BDNF o FGF2 a través de interacciones electrostáticas . Esto permite la unión de poliSia y estos complejos haciendo que poliSia sea un reservorio. PolySia luego regula la concentración de neurotrofinas . Como no se les permite difundirse, la señalización es más eficiente. La poliSia también se encuentra en las superficies de las células inmunitarias. Algunas de las proteínas se conocen, pero muchas no y los mecanismos aún se están estudiando. Sin embargo, se sabe que la poliSia desempeña funciones reguladoras en el sistema inmunológico que conducen a la protección contra invasores y a la respuesta al tejido dañado. [2] poliSia está involucrada en NETosis, que es una función reaccionaria del cuerpo en presencia de invasores extraños. Es la muerte intencionada de los neutrófilos. PolySia garantiza que esta muerte celular dirigida no elimine las células sanas y no afectadas, además de contener atributos antimicrobianos. Esto lo hace la poliSia uniéndose a la lactoferrina , otra molécula antimicrobiana, que rodea a los neutrófilos. La unión de poliSia provoca una capa más apretada de lactoferrina alrededor de la membrana celular. [2] poliSia se une a Siglec-11 permitiendo la regulación de la microglía a través de exosomas. Esto muestra que la unión de poliSia con Siglec-11 provoca un retraso en la neurodegeneración y el control de la neuroinflamación. PolySia también limita la inflamación en los macrófagos. Se descubrió que poliSia había limitado la expresión del factor de necrosis tumoral (TNF). [2]