СУЛЬФ1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Псевдонимы | SULF1 , HSULF-1, SULF-1, сульфатаза 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Внешние идентификаторы | ОМИМ : 610012; МГИ : 2138563; гомологен : 49408; Генные карты : SULF1; OMA :SULF1 — ортологи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Викиданные | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Сульфатаза 1 , также известная как SULF1 , представляет собой фермент , который у людей кодируется геном SULF1 . [5]
Гепарансульфатные протеогликаны ( HSPG ) действуют как корецепторы для многочисленных гепарин-связывающих факторов роста и цитокинов и участвуют в клеточной сигнализации . Гепарансульфат 6-O-эндосульфатазы , такие как SULF1, селективно удаляют 6-O-сульфатные группы из гепарансульфата . Эта активность модулирует эффекты гепарансульфата, изменяя сайты связывания для сигнальных молекул. [5]
Гепарансульфатпротеогликаны (HSPG) широко экспрессируются в большинстве тканей почти всех многоклеточных видов. [6] Функция HSPG выходит за рамки обеспечения структуры внеклеточного матрикса (ECM) и каркаса для клеток. Они являются интегральными регуляторами основных сигнальных путей клеток, влияющих на рост , пролиферацию, дифференциацию и миграцию клеток . Хотя основной белок важен, большие цепи гепарансульфата (HS), отходящие от основного, отвечают за большую часть рецепторной сигнализации. Цепи HS представляют собой гетерогенные структуры, которые различаются в конкретных и условных клеточных контекстах. Особое значение имеет паттерн сульфатирования HS, который когда-то считался статичным после биосинтеза HS в аппарате Гольджи . Однако эта парадигма изменилась после открытия двух внеклеточных 6-OS глюкозамин арилсульфатаз, Sulf1 и Sulf2 . Эти два фермента позволяют быстро внеклеточно модифицировать содержание сульфата в HSPG, влияя на сигнализацию с участием Shh , Wnt , BMP , FGF , VEGF , HB-EGF , GDNF и HGF . Кроме того, сульфиды могут осуществлять другой уровень регуляции состава HS, подавляя или повышая активность биосинтетических ферментов HS, присутствующих в аппарате Гольджи, через те же самые сигнальные пути, которые они модифицируют.
До клонирования и характеристики Sulf1 и Sulf2 считалось, что состав HS не меняется после локализации на поверхности клетки. [7] Однако это изменилось, когда перепелиный ортолог Sulf1, QSulf1, был идентифицирован в скрининге генов ответа Sonic hedgehog (Shh), активируемых во время формирования сомитов у эмбрионов перепелов. [8] Анализ выравнивания последовательностей показывает, что QSsulf1 гомологичен лизосомальным N-ацетилглюкозаминсульфатазам (G6-сульфатазам), которые катализируют гидролиз 6-O сульфатов из N-ацетилглюкозаминов гепарансульфата во время деградации HSPG. [8] В отличие от лизосомальных активных сульфатаз, QSulf1 локализуется исключительно на поверхности клетки, гидрофильно взаимодействуя с негепарансульфатным компонентом внешней мембраны, и является ферментативно активным при нейтральном pH. [8] Мутируя каталитически активные цистеины в аланин, тем самым блокируя образование N-формилглицина, они обнаружили, что QSulf1 отвечает за высвобождение Wingless (Wnt) из цепей HS для активации рецептора Frizzled ; это было первым доказательством того, что внеклеточный сульфид способен модифицировать HS и, следовательно, клеточную сигнализацию. [8] Общая структура QSulf тесно связана с его ортологами и паралогами, включая человеческие и мышиные. Человеческие и мышиные ортологи QSulf1, HSulf1 и MSulf1, соответственно, были клонированы и охарактеризованы после открытия QSulf1. [9] Кроме того, паралог, Sulf2, разделяющий 63-65% идентичности (как мышиной, так и человеческой) с Sulf1, также был обнаружен с помощью анализа последовательности BLAST. [9] Ген HSulf1 (номер доступа GenBank AY101175) имеет открытую рамку считывания 2616 п.н., кодирующую белок из 871 аминокислоты (а.о.), а HSulf2 (номер доступа GenBank AY101176) имеет открытую рамку считывания 2613 п.н., кодирующую белок из 870 а.о. [9] Гены HSulf1 и 2 локализуются в 8q13.2-13.3 и 20q13.12 соответственно. [9] Они содержат предполагаемые сайты гликозилирования, связанные с Asn, и сайты расщепления фурином, ответственные за протеолитическую обработку в аппарате Гольджи. [9] Функция или субстратная специфичность, которую придают эти сайты расщепления, еще не определены.
Проверка предсказанных участков N-связанного гликозилирования на QSulf1 была выполнена с использованием вариантов туникамицина и QSulf1, в которых отсутствует N-концевой (каталитический) домен или HD, которые содержат предсказанные участки N-связанного гликозилирования. [10] N- и C-концы показали неразветвленное N-связанное гликозилирование, но отсутствовали в гидрофильном домене, хотя он содержит два предполагаемых участка. [10] Кроме того, O-связанное или сиалилированное гликозилирование не присутствовало в QSulf1. [10] Важно, что правильное гликозилирование необходимо для локализации на поверхности клетки, возможно, для связывания остатков HS, и требовалось для ферментативной активности. [10]
Sulf1 и Sulf2 являются новыми членами суперсемейства арилсульфатаз , тесно связанных с арилсульфатазой A, B ( ARSA ; ARSB ) и глюкозамин-6-сульфатазой ( G6S ). [11] [12] Рентгеновская кристаллическая структура ни Sulf1, ни Sulf2 не была исследована, но кристаллическая структура активного центра ARSA была расшифрована. [12] В ARSA консервативный цистеин, который посттрансляционно модифицируется в C-альфа-формилглицин (FG), имеет решающее значение для каталитической активности. На первом этапе один из двух кислородов альдегидгидрата атакует серу сульфатного эфира. Это приводит к переэтерификации сульфатной группы на альдегидгидрат. Одновременно высвобождается субстратный спирт. На втором этапе сульфат удаляется из промежуточного продукта фермент-сульфат путем внутримолекулярной перегруппировки. «Внутримолекулярный гидролиз» позволяет регенерировать альдегидную группу. [13] Активный сайт ARSA содержит девять консервативных остатков, которые, как было обнаружено, имеют решающее значение для каталитической активности. Некоторые остатки, такие как Lys123 и Lys302, связывают субстрат, в то время как другие либо участвуют в катализе напрямую, такие как His125 и Asp281, либо косвенно. [13] Кроме того, необходим ион магния для координации кислорода, который атакует серу на первом этапе расщепления сульфата. [13] Необходимо выполнить кристаллическую структуру и мутации остатков в Sulf1 и Sulf2, чтобы определить, существуют ли какие-либо отличия от лизосомальных сульфатаз.
Впервые была проанализирована ферментативная специфичность HS QSulf1. Ферментативная специфичность QSulf1 на 6-O сульфатах была связана с трисульфатированными дисахаридами (HexA, 2SGlcNS, 6S) в S-доменах HS (области HS, где большинство остатков GlcNS находятся в смежных последовательностях), а не с доменами NA/NS (области чередующихся N-ацетилированных и N-сульфатированных единиц; переходные зоны). [14] Были созданы мышиные эмбриональные фибробласты Sulf1 и 2 null для проверки HS-специфичности млекопитающего Sulf по сравнению с птичьим Sulf (QSulf). [15] Исследователи обнаружили, что mSulf1−/−;mSulf2−/− HS показал общее большое увеличение всех 6S-дисахаридов. Кооперативность между mSulf1/2 была обнаружена, поскольку двукратное увеличение дисахаридов, связанных с S-доменом (UA–GlcNS(6S) и UA(2S)–GlcNS(6S)), наблюдалось в HS с двойным нокаутом по сравнению с любым из HS с одним нокаутом по отдельности. [15] Однако одно отличие от mSulf1 заключается в том, что mSulf2−/− HS показывает увеличение 6S почти исключительно в несульфатированных и переходных зонах. [15] Этот эффект сульфатирования в несульфатированных и переходных зонах также отличается от QSulfs, которые катализируют десульфатирование исключительно в S-доменах. [14] Хотя изменения 6S были доминирующими, другие небольшие изменения в сульфатировании NS и 2S происходят в MEF с нокаутом Sulf, что может быть компенсаторным механизмом. [15] [16] Дальнейшие биохимические исследования выявили специфичность и локализацию человеческих Sulfs 1 и 2. Гидрофильные домены Sulf1 и 2 связываются с компонентами клеточной мембраны посредством электростатических взаимодействий, а не путем интеграции в липидный бислой. [17] Помимо ассоциации с клеточной мембраной, Sulfs также свободно секретируются в среду, что контрастирует с результатами с QSulf1 и 2. Биохимический анализ HSPG в MEFS с нокаутом Sulf 1 и 2 выявляет специфичность фермента к дисульфатированным и, в первую очередь, трисульфатированным 6S дисахаридным единицам UA-GlcNS(6S) и UA(2S)-GlcNS(6S) в цепи HS, со специфическим исключением моносульфатированных дисахаридных единиц. [17] Однако исследования in vivo показывают, что потеря Sulf1 и Sulf2 приводит к изменениям сульфатирования не-субстратов (UA-GlcNAc(6S), N и 2-O сульфат), что указывает на то, что Sulf модулирует биосинтетический аппарат HS. Это было дополнительно продемонстрировано с помощью анализа ПЦР, показывающего динамические изменения в ферментах биосинтеза HS после потери Sulf1 и 2. [17] Кроме того, авторы показали в системе модели MEF, что Sulf1 и Sulf2 окончательно и дифференцированно модифицируют фракции протеогликана HS, включая клеточную поверхность, закрепленные GPI (глипикан), сброшенные и ассоциированные с ECM протеогликаны. [17]
В следующем разделе дается подробное описание участия Sulf1 и Sulf2 в раке. Многое из того, что известно о сигнальных путях, опосредованных Sulf, было определено путем исследования внеклеточной роли и функции Sulf при раке. Поэтому они будут описаны в тандеме. Кроме того, это подчеркивает, как небольшие изменения в моделях сульфатирования HS оказывают большое влияние на здоровье и болезнь.
Первые признаки нарушения регуляции Sulf1 были обнаружены при раке яичников. Было обнаружено, что экспрессия мРНК Sulf1 была снижена или отсутствовала в большинстве образцов рака яичников. [18] Те же исследователи также обнаружили сниженную экспрессию мРНК в линиях злокачественных клеток молочной железы, поджелудочной железы и печени. [18] Эта отсутствующая или гипоморфная экспрессия Sulf1 приводит к образованию высокосульфатированных HSPG. [18] Отсутствие экспрессии Sulf1 также усиливает реакцию связывания гепарина с эпидермальным фактором роста (HB-EGF) посредством усиления сигнала рецептора EGF (EGFR) и внеклеточной регулируемой сигналом киназы (ERK), которые являются общими признаками рака яичников. [18] Более того, активность сульфатазы N-конца Sulf1 была специально необходима для апоптоза, вызванного цисплатином, линии клеток рака яичников, OV207. [18] Был исследован механизм, посредством которого Sulf1 подавляется при раке яичников. Эпигенетическое подавление участков CpG в экзоне 1A Sulf1 путем метилирования связано с клетками рака яичников и первичными тканями рака яичников, в которых отсутствует экспрессия Sulf1. [19] Кроме того, участки CpG показали повышенные уровни метилирования гистона H3 K9 в линиях клеток рака яичников, отрицательных по Sulf1. [19]
Было показано, что экспрессия Sulf1 при раке молочной железы на уровне мРНК снижается. Исследования этой связи показали, что ангиогенез при раке молочной железы частично регулируется Sulf1. Ксенотрансплантаты рака молочной железы, сверхэкспрессирующие Sulf1 у бестимусных мышей, показали заметное снижение ангиогенеза. [20] В частности, Sulf1 ингибировал способность гепарансульфата эндотелиальных клеток сосудов участвовать в образовании комплекса с FGF-2, тем самым отменяя сигнализацию роста. [20] FGF-2 является HB-GF, требующим образования тройного комплекса с HS и рецептором FGF (FGFR), чтобы вызвать димеризацию рецептора, активацию и аутофосфорилирование, что затем приводит к индукции пути митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) (в дополнение к другим путям). [21] [22] Это приводит к нескольким реакциям, включая пролиферацию клеток и ангиогенез. Важно отметить, что этот ответ зависит от степени и характера сульфатирования HS-GAG. [21] Для дальнейшего подтверждения ответа при раке молочной железы, эндотелиальные клетки пупочной вены человека ( HUVEC ), сверхэкспрессирующие Sulf1, ингибировали сигнализацию фактора роста эндотелия сосудов 165 (VEGF165), которая зависит от HS, но не HS-независимого VEGF121. [20] Sulf2 также был вовлечен в рак молочной железы. В отличие от Sulf1, Sulf2 был повышен как на уровне мРНК, так и на уровне белка в опухолевой ткани в двух моделях мышей с карциномой молочной железы. [23]
Sulf1 демонстрирует регуляцию амфирегулина и опосредованной HB-EGF аутокринной и паракринной сигнализации при раке молочной железы. [24] Потеря Sulf1 в линии клеток рака молочной железы, MDA-MB-468, показывает повышенную активацию ERK1/2 и EGFR, которая, как было показано, опосредована HB-EGF и амфирегулином, которым требуются комплексы со специфически сульфатированным HS. [24] Образцы рака молочной железы показывают потерю экспрессии Sulf1 в инвазивных дольковых карциномах. [24] Эти карциномы преимущественно являются положительными по рецепторам эстрогена (ER) и прогестерона (PR), и отрицательными по HER-2, p53 и EGFR (маркеры, указывающие на повышенную агрессивность рака молочной железы), но не обеспечивают повышенную выживаемость. [25] Авторы предполагают, что усиленная передача сигналов амфирегулина и HB-EGF из-за недостатка Sulf1 и, следовательно, избыточного сульфатирования HS может сделать дольковые карциномы более агрессивными, чем ожидалось. [24] Механизм, посредством которого Sulf1 подавляется при раке молочной железы (и раке желудка), был дополнительно исследован. [26] Авторы обнаружили аномальное гиперметилирование промотора Sulf1 в линиях клеток рака молочной железы и рака желудка, а также в образцах пациентов, что приводит к снижению экспрессии Sulf1, что аналогично раку яичников. [26]
Несмотря на эти доказательства, в литературе встречаются разногласия относительно роли Sulf в раке молочной железы. В отличие от предыдущих отчетов, экспрессия транскрипта Sulf1 была сильно повышена в инвазивной протоковой карциноме по сравнению с ограниченной протоковой карциномой in situ. [27] Поэтому авторы предполагают, что Sulf1 участвует в приобретении способности проникать в соседние ткани при протоковой карциноме in situ. [27]
Линии раковых клеток с подавлением Sulf1 были исследованы таким же образом, как и рак яичников. Девять из 11 линий клеток гепатоцеллюлярной карциномы (ГЦК) показали либо отсутствие, либо значительно сниженные уровни мРНК Sulf1. [28] Менее половины образцов опухолей ГЦК показали потерю гетерозиготности (LOH), а лечение ингибированием метилирования ДНК линий клеток ГЦК с отсутствием Sulf1 реактивировало экспрессию Sulf1, что указывает на то, что гиперметилирование может быть частично ответственно за его подавление. [28] Как и в случае рака яичников, потеря Sulf1 в значительной степени способствовала снижению сульфатирования HPSG при ГЦК. [28] Кроме того, экспрессия Sulf1 необходима для подавления устойчивой активации ERK1/2 и c-met гепарин-связывающими факторами роста (HB-GF), фактором роста фибробластов (FGF) и фактором роста гепатоцитов (HGF), тем самым уменьшая пролиферацию клеток. [28] В более широком смысле, Sulf1 опосредовал апоптотическую чувствительность клеток HCC к цисплатину и стауроспорину. [28] В качестве обзора, HGF, или фактор рассеивания, активирует свой рецептор c-Met, который активирует митоген-активируемый белок/киназу киназы, регулируемую внеклеточным сигналом (MEK), и сигнализацию PI3K, которые в конечном итоге отвечают за экспрессию проангиогенных факторов, интерлейкина-8 (IL-8) и фактора роста эндотелия сосудов (VEGF). [29] Ось HGF/c-Met опосредует инвазивный фенотип роста, необходимый для метастазирования, посредством координации подвижности клеток и деградации внеклеточного матрикса (ECM). [28] [30]
Исследования in vivo на HCC показали, что ксенотрансплантаты HCC, сверхэкспрессирующие Sulf1, демонстрируют замедленный рост опухоли у мышей, а механизм включает ингибирование гистондеацетилазы (HDAC). [31] Sulf1 усиливает ацетилирование гистона H4 путем ингибирования HDAC, что впоследствии ингибирует активацию путей MAPK и Akt, в конечном итоге снижая опухолеобразование HCC. [31]
Роль Sulf2 в ГЦК контрастирует с ролью Sulf1. Sulf2 был повышен в большинстве ГЦК и клеточных линий ГЦК, а нокдаун Sulf2 устранил миграцию и пролиферацию. [32] Sulf2 также повысил регуляцию глипикана-3, который обычно сверхэкспрессируется в ГЦК, увеличивая активацию ERK, AKT через усиленную сигнализацию FGF2. [32] GPC3 важен в усиленной Sulf2 сигнализации FGF in vitro, поэтому глипикан-3 может опосредовать свою собственную повышенную регуляцию через Sulf2. [32] Учитывая, что Sulf1 и Sulf2 имеют избыточные функции, контрастная функция Sulf2 в ГЦК была неожиданной.
Экспрессия мРНК Sulf1 при раке поджелудочной железы отличалась от таковой при раке яичников и печени. [33] Только 50% протестированных линий клеток рака поджелудочной железы показали значительное снижение Sulf1. [34] Кроме того, гибридизация in situ показала, что экспрессия мРНК Sulf1 не везде отсутствовала в ткани рака поджелудочной железы. Фактически, Sulf1 слабо присутствовал в нормальных ацинарных клетках, но присутствовал на высоких уровнях в эндотелии и злокачественных клетках в ткани рака поджелудочной железы (Li, Kleeff et al. 2005). Это указывает на то, что подавление Sulf1 не является повсеместным процессом в канцерогенезе. [34] Тем не менее, эндогенная экспрессия Sulf1 в линии клеток рака поджелудочной железы, отрицательной по Sulf1, PANC-1 , ингибировала сигнализацию FGF-2, но не влияла на сигнализацию HB-EGF, EGF или инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1), что указывает на клеточно-специфические эффекты. [34] В отличие от рака яичников и ГЦК, клетки Panc-1, экспрессирующие Hsulf-1, были более устойчивы к гемцитабину, что позволяет предположить, что избыточная экспрессия Hsulf-1 может придавать клеткам рака поджелудочной железы повышенную химиорезистентность и, следовательно, преимущество в росте. [34] В дальнейших отчетах Sulf1 демонстрирует сложную картину экспрессии при раке поджелудочной железы, которая представляет собой нечто большее, чем просто повышение или понижение регуляции. Например, первичный рак поджелудочной железы показывает более высокие сульфатированные HSPG, что указывает на недостаток Sulf1, но при метастазах сульфатирование HSPG снижается. [35] Подтверждающие данные пациентов были исследованиями in vivo опухолей мышей с избыточной экспрессией Sulf1 клеток Panc-1, показывающих снижение роста, но повышенную локальную инвазивность. [35]
Исследования in vivo использовались для изучения HSulf1 и 2 при миеломе. Миеломные клетки, сверхэкспрессирующие Sulf1 и 2, были подкожно введены мышам с тяжелым комбинированным иммунодефицитом (SCID). Усиленная экспрессия Sulf заметно подавляла рост этих опухолей по сравнению с контролем. [36] Опять же, сигнализация FGF-2 и последующее фосфорилирование ERK были ослаблены in vitro экспрессией как Sulf1, так и Sulf2. Экспрессия Sulf1/2 привела к большему ECM (отложению коллагеновых фибрилл), чем в контрольных опухолях, что может быть еще одним механизмом, с помощью которого Sulf замедляют рост опухоли. [36] Авторы также обнаружили, что Sulf1/2 специфически действует на HS-GAG на поверхности опухолевых клеток, а не в окружающей строме, что, следовательно, блокирует образование тройного комплекса FGF-2/FGFR/HS и ингибирование нисходящего сигнала. [36]
Плоскоклеточная карцинома головы и шеи (SCCHN) имеет три клеточные линии, в которых отсутствует экспрессия Sulf1. [37] Трансфицированная экспрессия Sulf1 снижает фосфорилирование, опосредованное FGF-2 и HGF, и активацию путей ERK и фосфатидилинозитол 3'-киназы (PI3K)/Akt. Без этих активных путей наблюдается заметное снижение пролиферации и митогенности. Экспрессия Sulf1 даже ослабляет подвижность клеток и инвазию, опосредованную HGF, что подразумевает потерю Sulf1 при метастазах. [37]
Помимо рака, Sulf1 и Sulf2 изучались в отношении нормального развития, включая нейронное, мышечное, васкулогенез и развитие скелета. В последнее время многое из того, что известно, было получено из исследований на мышах с нокаутом Sulf1/2.
С помощью общих механизмов генетического захвата были созданы гомозиготные мыши MSulf2 для оценки фенотипических признаков in vivo. [38] Результатом стала специфическая для штамма непенетрантная летальность (на 48% меньше, чем ожидалось), детеныши были меньше, и наблюдались некоторые дефекты легких, но MSulf2-/- были в основном такими же здоровыми и жизнеспособными, как и однопометники дикого типа. [38] Нулевые значения MSulf2 указывают на то, что MSulf1 и MSulf2 могут иметь перекрывающиеся функции в регуляции паттернов сульфатирования в HSPG. [38] Учитывая, что мыши с нулевым значением MSulf2 не демонстрировали серьезных аномальных фенотипов, были получены двойные нокауты MSulf1/2. [39] Опять же, мыши с нулевым значением MSulf1 и MSulf2 по отдельности не демонстрировали повреждающих фенотипов; однако мыши MSulf-/-;MSulf2-/- показали высокую пенетрантную перинатальную летальность. Однако некоторые мыши с двойным нулевым значением дожили до взрослого возраста и демонстрировали меньший рост, скелетные поражения и необычно маленькие, но функционирующие почки. [39] Скелетные поражения (осевой и аппендикулярный скелет, показывающие уменьшение объема оссифицированной кости; сращение грудины и дефектное базисфеноидное паттернирование) демонстрируют фенотип, аналогичный мышам с дефицитом гепарансульфата 2-O-трансферазы (Hs2st), мышам с дефицитом BMP и гиперморфным мышам Fgfr1 и 3. [39] Это дает доказательства того, что Sulf1 и 2 связаны с модуляцией HS, влияющей на BMP и FGF. Кроме того, это подтверждает, что Sulf1 и 2 выполняют перекрывающиеся функции, но необходимы для выживания. [39] Дальнейшие исследования мышей MSulf1-/-;MSulf2-/- расширили роль Sulfs в развитии скелета. [40] Двойные нулевые показали уменьшение длины костей, преждевременное окостенение и сращение грудины и хвостовых позвонков (Ratzka, Kalus et al. 2008). Также зона пролиферирующих хондроцитов была уменьшена на 90%, что указывает на дефекты хондрогенеза. [40]
Важная роль Sulf1 и Sulf2 в развитии скелета неудивительна, учитывая его регуляцию факторов роста, связанных с костями. Например, QSulf1 снижает специфическое сульфатирование HS 6-O, которое высвобождает Noggin, ингибитор костного морфогенетического белка (BMP), позволяя клеткам стать восприимчивыми к BMP-4. [14] Таким образом, это напрямую связывает Sulf1 со сложным паттерном развития, опосредованным BMP. [14] Сигнализация Wnt также регулируется QSulf1. Исследователи обнаружили пониженную активацию Wnt через рецептор Frizzled при отсутствии экспрессии QSulf1 в неэкспрессирующих эмбриональных клетках. [41] 6-O сульфат HS связывается с высокой аффинностью к Wnt, отменяя активацию рецептора. [41] QSulf1 требуется для десульфатирования 6-O цепей, не полностью высвобождая Wnt, но снижая аффинность к HS. Этот комплекс с низким сродством затем связывается и активирует рецептор Frizzled . [41]
Дополнительные исследования подчеркнули роль Sulfs в хондрогенезе. Роль QSulf1 была определена в развитии хряща перепела и формировании суставов из-за его связи с сигнализацией хондрогенного фактора роста (Wnt и BMP). Sulf1 был высоко экспрессирован в конденсирующейся мезенхиме и в клеточной культуре заставил прехондроциты дифференцироваться в хондроциты, что указывает на то, что QSulf1 необходим для раннего хондрогенеза. [42] QSulf1 показал перихондриальное окрашивание во время раннего развития, но был подавлен на более поздних стадиях развития. [42] Кроме того, QSulf1 показывает временную экспрессию в ранней линии суставов с последующей быстрой потерей экспрессии на более поздних стадиях развития суставов, что предполагает, что он будет иметь ингибирующий эффект на более позднее развитие суставов. [42] Поскольку Sulfs были важны для нормального хондрогенеза, они были исследованы при заболеваниях хряща. Паттерны экспрессии Sulf1 и Sulf2 были определены в нормальном и остеоартритном (AO) хряще. Оба Sulf1 и Sulf2 показали повышенную экспрессию при ОА и стареющем хряще. [43] Учитывая, что несколько HSPG (перлекан, синдекан 1/3, глипикан) активируются, а сигнализация факторов роста через FGF-2, Wnt, BMP и Noggin модулируется при ОА, Sulfs и модификации HS могут опосредовать совершенно новый уровень контроля над развитием ОА. [43]
Мыши с нулевым содержанием сульфидов и другие модельные системы вовлекают сульфиды в другие системы развития и заболевания. Например, исследования выявили дефекты пищевода у выживших взрослых мышей MSulf-/-;MSulf2-/-. [44] В частности, пищеводы имели нарушенную сократимость гладких мышц с уменьшенной нейронной иннервацией и количеством энтеральных глиальных клеток. [44] Было высказано предположение, что это опосредовано снижением нейротрофического фактора глиального происхождения (GDNF), который отвечает за прорастание нейритов в эмбриональном пищеводе. Экспрессия сульфида не является обязательной для сигнализации GDNF, но она значительно усиливает сигнал. [44] Считается, что MSulf1 и 2 уменьшают сульфатирование 6-O, высвобождая GDNF из HS для связывания и активации его рецептора, тем самым опосредуя его влияние на иннервацию пищевода. [44] Sulf1 даже функционирует в базовом нейронном развитии. Модуляция Sulf1 сульфатирования цепей HS имеет решающее значение в развитии нервной системы. В частности, экспрессия Sufl1 приводит к переключению вентральных нейральных клеток-предшественников в сторону олигодендроглиальной судьбы путем модуляции распределения Shh и увеличения сигнализации на апикальных нейроэпителиальных клетках. [45]
Sulf1 и 2 также демонстрируют регуляцию развития мышц, ангиогенеза, лейкоцитарного роллинга и заживления ран. У взрослых мышей Sulf1 и Sulf2 имеют перекрывающиеся функции в регуляции регенерации мышц. [46] Функционально Sulfs кооперативно десульфатируют HS 6-O, присутствующий на активированных сателлитных клетках, для подавления сигнализации FGF2 и, следовательно, способствуют миогенной дифференцировке для регенерации мышц. [46] Из-за этой роли Sulfs могут играть прямую роль в таких заболеваниях, как мышечная дистрофия. [46] QSulf1 использовался в качестве инструмента либо для уменьшения сульфатирования HS, либо для увеличения сульфатирования с использованием доминантного отрицательного QSulf1 (DNQSulf1). [47] Сосудистые гладкомышечные клетки (VSMC) сильно зависят от степени сульфатирования HS. Сверхэкспрессия QSulf1 снизила адгезию и увеличила пролиферацию и апоптоз VSMC, в то время как DNQSulf1 также снизил адгезию и увеличил пролиферацию, апоптоз, миграцию и хемотаксис VSMC. [47] Демонстрируя специфические для клеток эффекты, как сверхэкспрессия Sulf1, так и DNQSulf1 увеличили фосфорилирование ERK1/2 в VSMC, что является отличным ответом от линий раковых клеток. [47] По сути, эти эксперименты показывают, что для правильного функционирования VSMC необходим точно настроенный шаблон сульфатирования 6-O. [47]
Sulf2 исследовали в отношении ангиогенеза в модели цыпленка. В отличие от Sulf1, Sulf2 фактически индуцировал ангиогенез в анализе хориоаллантоисной мембраны цыпленка . [48] Sulf2 измеряли на предмет его способности модулировать связывание факторов роста с трисульфатированным дисахаридным мотивом гепарина и HS. Sulf2 ингибировал как предварительное, так и последующее связывание VEGF165, FGF-1 и SDF-1, HS-связывающего хемокина, как с гепарином, так и с HS. [48] Исследователи предполагают, что Sulf-2 может мобилизовать ангиогенные факторы, секвестрированные ECM, увеличивая их биодоступность для эндотелиальных клеток, которые экспрессируют соответствующие рецепторы. [48]
Исследователи обнаружили, что HSPG, такие как перлекан и коллаген типа XVIII, модифицируются во время ишемии/реперфузии почек у человека, что связано с тяжелым повреждением эндотелия. [49] Сосудистые базальные мембраны (BM) HSPG модифицируются для связывания L-селектина и моноцитарного хемоаттрактантного белка-1 (MCP-1) во время инфильтрации лейкоцитов. [49] В частности, им требуется сульфатирование 6-0 для связывания цепей HS. [50] Авторы приводят доказательства и предполагают, что Sulf1 обычно присутствует в микрососудистом BM, но его уровень снижается, чтобы обеспечить повторное сульфатирование 6-O HS для связывания L-селектина и MCP-1. [49] Это, в свою очередь, подразумевает Sulf1 в отторжении почечного аллотрансплантата у человека, которое в значительной степени зависит от функции HSPG в перитубулярных капиллярах. [49]
Наконец, в транскриптомном анализе хронической раны в сосудах раны была отмечена сорокакратно более высокая экспрессия Sulf1. [51] Это увеличение было связано с его способностью ингибировать ангиогенез, как это было в моделях рака молочной железы. [51]