El ácido polisiálico es una modificación postraduccional inusual que ocurre en las moléculas de adhesión celular neuronal (NCAM). El ácido polisiálico es considerablemente aniónico . Esta fuerte carga negativa le da a esta modificación la capacidad de cambiar la carga superficial de la proteína y su capacidad de unión. En la sinapsis , la polisialación de la NCAM impide su capacidad de unirse a las NCAM en la membrana adyacente.
El ácido polisiálico (poliSia) es un polímero de unidades monoméricas que se repiten linealmente de residuos de ácido siálico unidos por enlaces 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. Este consiste principalmente en subunidades Neu5Ac . [2] Es polianiónico y voluminoso, lo que significa que hay 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 causan 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 variar de 8 a más de 400. Este amplio rango causa diferencias en la capacidad de polySia 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 polySia es en las modificaciones postraduccionales en algunas proteínas, siendo la principal NCAM. [4] polySia se enlaza a las moléculas de adhesión haciendo que sus propiedades adhesivas sean atenuadas permitiendo el control detallado de la migración celular y las relaciones entre células. Esto es causado por las propiedades voluminosas y polianiónicas de polySia.
El cuerpo humano produce poliSia de forma natural y la une a un número variado de proteínas. Esto se hace mediante la unión de poliSia en el terminal α2,3 o α2,6 de la glicoproteína. Se emplea la glicosilación ligada a O a través de treonina o la glicosilación ligada a N a través de asparagina. Este enlace poliSia se encuentra en proteínas como NCAM, ligando 1 de E-selectina (ESL-1), receptor de quimiocina C–C tipo 7 (CCR7), molécula de adhesión celular sináptica-1 (SynCAM-1), neuropilina-2 (NRP-2), el receptor depurador 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 la α2,8-sialiltransferasa (ST8Sia) en una proteína transmembrana de tipo II ubicada en la membrana del aparato de Golgi . [2] ST8Sia logra 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 en gran medida por la expresión de enzimas polisialiltransferasas, que una vez más controlan la función de polySia.
Barry y Goebel descubrieron polySia en E. coli K-235 en 1957. [1] E. coli es una bacteria gramnegativa encapsulada en la que Barry y Goebel estudiaron, identificando polySia, a la que llamaron ácido colomínico. Después de este descubrimiento, se encontró que muchas otras cápsulas bacterianas abundantes en glicanos contenían polySia. Esto incluyó a Neisseia meningitidis serogrupos B y C en 1975. Esto se hizo mediante el uso de un anticuerpo policlonal anti-polySia de caballo , siendo una de las primeras sondas inmunoquímicas efectivas. Esto fue revolucionario ya que los anticuerpos anti-polySia se usaron para encontrar polySia en proteínas y células. Mannheimia haemolytica A2, Moraxella nonliquifaciens y E. coli K92 se encontraron en 2013. [1] Debido a que la cápsula contiene polySia, muchos científicos han tratado de generar vacunas para estas bacterias específicas, notoriamente difíciles de atacar. Sin embargo, sus éxitos han sido contados, ya que la α2,8-poliSia es producida naturalmente por los seres humanos. Otro problema es que la poliSia que se encuentra en las bacterias no produce una respuesta inmunitaria sólida o consistente . [1]
Otro método de detección de poliSia se basa en el marcaje molecular con fluorescencia . Este proceso, iniciado en 1998, implica la exposición del ácido N -acilneuramínico (Neu5Acyl) con enlaces α2→8 a la oxidación con peryodato, lo que hace que los terminales se oxiden y queden intactos. Si se observan compuestos C9 después de esta exposición, esto indica la presencia de poliSia. La forma en que se pueden numerar es mediante cromatografía de intercambio aniónico después de la oxidación con 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 que eran difíciles de reconocer y detectar hasta este marcaje fluorescente, lo que lo hace muy ventajoso. [1]
La poliSia está involucrada en muchas funciones humanas naturales. Los principales ejemplos incluyen membranas , señalización neuronal, el sistema inmunológico , formación de trampas extracelulares de neutrófilos y función de macrófagos y microglia . Primero, la poliSia realiza modificaciones de membrana debido a interacciones con una variedad de factores. Estos podrían incluir fuerzas repulsivas entre la poliSia polianiónica y el glicocáliz mayoritariamente cargado negativamente . [2] Debido a estas interacciones, la membrana se edita en su capacidad para interactuar con otras células, su distribución de carga superficial , interacción intermembrana, pH y potencial de membrana . Se notaron hidratación y carga antes y después de retirar la poliSia de una membrana y se observó una disminución del 25% en la distancia entre células. [2] Esto se debe a las propiedades antiadhesivas de la poliSia. La poliSia no solo tiene interacciones repulsivas, ya que hay moléculas de carga positiva ubicadas en balsas lipídicas , como 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 la polisia son 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 de BDNF o FGF2 a través de interacciones electrostáticas . Esto permite la unión de la polisia y estos complejos, lo que hace que la polisia sea un reservorio. La polisia regula entonces 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 son conocidas, pero muchas no y los mecanismos aún se están estudiando. Sin embargo, se sabe que la polisia tiene funciones reguladoras en el sistema inmunitario que conducen a la protección contra los invasores y la respuesta al tejido dañado. [2] La polisia está involucrada en la NETosis, que es una función reactiva del cuerpo en presencia de invasores extraños. Es la muerte intencional de los neutrófilos. polySia garantiza que esta muerte celular dirigida no mate a las células sanas y no afectadas, además de contener atributos antimicrobianos. Esto lo hace polySia uniéndose a la lactoferrina , otra molécula antimicrobiana, que rodea a los neutrófilos. La unión de polySia hace que la membrana celular se forme una capa más apretada de lactoferrina. [2] polySia se une a Siglec-11, lo que permite la regulación de la microglia a través de exosomas.Esto demuestra que la unión de polySia 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 polySia había limitado la expresión del factor de necrosis tumoral (TNF). [2]