Кератансульфаты — полимерные сульфатированные гликозаминогликаны. Содержатся в костной и хрящевой ткани, роговице. Гликановая цепь кератансульфатов представляет собой сульфированный по оксиметильной группе поли-N-ацетиллактозамин. Одним концом гликановая цепь связана с белком, который называют коровым; он обычно является частью клеточной поверхности или компонентом внеклеточного матрикса.
По типу связи с белком кератансульфаты делятся на два типа: кератансульфаты I типа, образующие N-гликозильную связь с аспарагиновыми остатком белка (N-гликаны), и кератансульфаты II типа, образующие O-гликозильную связь с сериновыми или треониновыми остатками белка (O-гликаны).
В разных тканях описано множество коровых белков, к которым присоединяется кератансульфат; подобное объединение белка с цепочкой гликозаминогликана называют протеогликаном.
Впервые кератансульфат был выделен в 1939 году из экстрактов роговицы. В начале 1950-х годов было изучено его химическое строение, и один из исследователей, Карл Мейер, назвал вещество кератосульфатом.
Структура и классификация
Подобно другим гликозаминогликанам, кератансульфат является линейным полимером. Основная дисахаридная структура, составляющая кератансульфат: [-3Galβ1-4GlcNAcβ1-]. В отличие от других гликозаминогликанов, в состав дисахаридного звена у кератансульфата не входят уроновые кислоты, их место занимает D-галактоза. Вторым участником является N-ацетилглюкозамин.
Изначально кератансульфат подразделили на два класса по месту обнаружения в организме: класс I (KSI) находили в роговице, класс II (KSII) — в хряще. Было отмечено, что роговичный кератансульфат отличается от хрящевого по способу соединения с коровым белком. Однако позже оказалось, что и в роговице, и в хряще, и в других тканях встречаются оба типа соединения, и теперь кератансульфат классифицируют не по локализации, а именно по структуре связи: KSI связан через азот с аспарагиновым остатком белка, KSII связан через кислород с сериновым или треониновым остатком. При анализе протеогликанов мозга отмечен третий тип соединения: KSIII, по данным Krusius et al., связывается с коровым белком через маннозу (KS-Man-O-Ser).
В роговице, по данным одного сравнительного исследования, содержится в 10 раз больше кератансульфата, чем в хряще, и в 2-4 раза больше, чем в какой-либо иной ткани.
Ряд протеогликанов семейства SLRP (small leucine-rich proteoglycan) объединены под названием «кератансульфатные протеогликаны» (англ. keratan sulfate proteoglycans, KSPG); эти белки, в особенности кератокан, люмикан, мимекан (остеоглицин), играют важную роль в поддержании прозрачности роговицы.
Клиническое значение
По данным ряда исследований, при пятнистой дистрофии роговицы синтез кератансульфата изменён (II тип заболевания) либо полностью нарушен (I тип заболевания), а у пациентов обнаруживаются мутации гена CHST6, кодирующего фермент N-ацетилгликозамин-6-O-сульфотрансферазу.
Внутриклеточные отложения кератансульфата обнаруживаются при синдроме Моркио (мукополисахаридоз тип VI a).
В одном исследовании описана повышенная экспрессия кератансульфатного протеогликана кератокана в строме роговицы при кератоконусе.
Хондроциты и кератоциты роговицы, обычно секретирующие кератансульфат и кератансульфатные протеогликаны, при повреждении ткани или ином патологическом процессе склонны трансформироваться в фибробастный фенотип, сокращая или останавливая производство кератансульфата. Микроглиальные клетки мозга также снижают синтез кератансульфата при воспалении; в одном исследовании отмечена потеря кератансульфата при болезни Альцгеймера. В других работах, напротив, отмечается повышение экспрессии KS микроглией при повреждениях. Вероятно, как в роговице, так и в хряще и в тканях мозга такие изменения происходят под воздействием провоспалительных цитокинов.
Описана роль KS в формировании глиальных рубцов при повреждениях мозга.
Мутации гена KERA, кодирующего кератансульфатный протеогликан кератокан, вызывают редчайшее изменение формы поверхности глаза — cornea plana 2 (уплощение роговицы).
