Struktura GM1 gangliosidu
Gangliosid je molekula složená z glykosfingolipidu (ceramidu a oligosacharidu) s jednou nebo více kyselinami sialovými (např. kyselinou n-acetylneuraminovou, NANA) vázanými na cukrový řetězec. NeuNAc, acetylovaný derivát kyseliny sacharidové sialové, činí hlavní skupiny gangliosidů aniontovými při pH 7, což je odlišuje od globosidů.
Název gangliosid byl poprvé aplikován německým vědcem Ernstem Klenkem v roce 1942 na lipidy nově izolované z gangliových buněk mozku. Je známo více než 60 gangliosidů, které se od sebe liší především polohou a počtem zbytků NANA. Je složkou buněčné plazmatické membrány, která moduluje transdukční události buněčného signálu a zdá se, že se koncentruje v lipidových raftech.
V poslední době se zjistilo, že gangliosidy jsou velmi důležité molekuly v imunologii. Přírodní a semisyntetické gangliosidy jsou považovány za možnou terapii neurodegenerativních poruch.
Gangliosidy jsou přítomny a koncentrovány na povrchu buněk, přičemž dva uhlovodíkové řetězce ceramidové části jsou zabudovány v plazmatické membráně a oligosacharidy se nacházejí na extracelulárním povrchu, kde představují rozpoznávací body pro extracelulární molekuly nebo povrchy sousedních buněk. Nacházejí se převážně v nervovém systému, kde tvoří 6% všech fosfolipidů.
Skupiny oligosacharidů na gangliosidech zasahují daleko za povrchy buněčných membrán a působí jako rozlišující povrchové markery, které mohou sloužit jako specifické determinanty při buněčném rozpoznávání a komunikaci mezi buňkami. Tyto skupiny sacharidových hlav působí také jako specifické receptory pro určité hormony hypofýzy glykoproteinu a určité toxiny bakteriálních proteinů, jako je například toxin cholery.
Funkce gangliosidů jako specifických determinantů naznačují jeho důležitou roli v růstu a diferenciaci tkání i v karcinogenezi. Bylo zjištěno, že tvorba nádorů může vyvolat syntézu nového komplementu gangliosidu a velmi nízké koncentrace specifického gangliosidu mohou vyvolat diferenciaci kultivovaných neuronálních nádorových buněk.
Struktury GM1, GM2, GM3
Struktury společných gangliosidů
GM2-1 = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-?)bDGalNAc(1-?)bDGalNAc(1-?)bDGlcp(1-1)Cer
GM3 = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GM2,GM2a(?) = bDGalpNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GM2b(?) = aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GM1,GM1a = bDGalp(1-3)bDGalNAc[aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
asialo-GM1,GA1 = bDGalp(1-3)bDGalpNAc(1-4)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
asialo-GM2,GA2 = bDGalpNAc(1-4)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GM1b = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GD3 = aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GD2 = bDGalpNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GD1a = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GD1alpha = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-6)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GD1b = bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GT1a = aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GT1,GT1b = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
OAc-GT1b = aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)aXNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GT1c = bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GQ1b = aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-8)5Ac(2-3)bDGal(1-4)bDGlc(1-1)Cer
GQ1b = aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)bDGalp(1-3)bDGalNAc(1-4)[aNeu5Ac(2-8)aNeu5Ac(2-3)]bDGalp(1-4)bDGlcp(1-1)Cer
GDGal = aNeu5Ac(2-3)
kde
aNeu5Ac = 5-acetyl-alfa-neuraminová kyselina
aNeu5Ac9Ac = 5,9-diacetyl-alfa-neuraminová kyselina
bDGalp = beta-D-galaktopyranosa
bDGalpNAc = N-acetyl-beta-D-galaktopyranosa
bDGlcp = beta-D-glukopyranosa
Cer = ceramid (obecně N-acylovaný sfingoid)
Gangliosidy jsou v buňkách průběžně syntetizovány a degradovány. Na ceramidy jsou degradovány postupným odstraněním cukerných jednotek ze skupiny oligosacharidů, katalyzovány souborem vysoce specifických lysozomálních enzymů. Mutace v genech kódujících tyto enzymy vedou ke kumulaci částečně odbourávaných gangliosidů v lysosomech, což vede ke skupině onemocnění zvaných gangliosidóza. Například fatální Tay-Sachsova choroba vzniká tak, že genetické vady vedou k tomu, že se nevytváří žádná funkční hexosaminidáza A, což způsobuje hromadění GM2 v lysosomech, nakonec gangliové buňky v nervovém systému enormně bobtnají a narušují normální funkce neuronů.
Souhrn ukazující příčiny sfingolipidózy, včetně gangliosidózy.