Lektiny jsou velká skupina proteinů neimunitního původu, které dokáží s vysokou mírou specifity rozpoznávat a vázat cukry, ať už volné nebo vázané na glykoproteinech nebo glykolipidech. Na rozdíl od glykosyltransferáz lektiny nekatalyzují žádnou chemickou reakci, tedy nevykazují enzymatickou aktivitu. Lektiny se účastní mnoha dějů, ve kterých je nutné specifické rozpoznávání (imunologické reakce, kontakt buněk ve tkáních, interakce patogenů s hostitelem atd.). První objevené lektiny byly pro jejich schopnost aglutinovat (shlukovat, srážet) červené krvinky pojmenovány aglutininy (WGA – wheat germ agglutinin, RCA – Ricinus communis agglutinin).
Dělení lektinů
Lektiny se dají dělit podle zdrojů, ze kterých se získávají, na:
rostlinné
živočišné
houbové
bakteriální
Rostlinné lektiny
Patří mezi nejčastěji používané v rutinní laboratorní a medicínské praxi. Jsou většinou velmi stálé (v lyofilizované podobě vydrží bez problému několik let) a jsou relativně levné.
Živočišné lektiny
rozdělení živočišných lektinů
podskupina
typické sacharidové ligandy
lokalizace
příklady funkcí
Calnexiny
Glc1Man9
ER (endoplasmatické retikulum)
kontrola správného sbalení glykoproteinů v ER
M-typ
Man8
ER
degradace glykoproteinů asociovaná s ER
L-typ
různé
ER, GA (Golgiho aparát)
třídění proteinů
P-typ
Man-6-fosfát, různé
sekreční cesta (ER, GA, sekreční granule, lysosom)
třídění proteinů z GA, degradace glykoproteinů v ER,
regulace cytoplasmatických dějů (například apoptóza), prokřížení extracelulárních glykoproteinů (aktivita závislá na přítomnosti thiolových skupin –SH)
Příklady dějů založených na lektinovém rozpoznávání
třídění proteinů v Golgiho aparátu: enzymy patřící do lyzozomu jsou glykosylovány manóza-6-fosfátem a pomocí P-lektinů zachytávány a zakoncentrovávány v určité části Golgiho aparátu, která po odštěpení dá vzniknout lysozomu
kalnexin – chaperon, který je schopen rozpoznat špatně sbalené N-glykoproteiny v endoplasmatickém retikulu a zadržet je tam; jsou buď znovu sbaleny nebo degradovány
E-selektin – je exprimován endoteliálními buňkami v oblasti zánětu. Rozpoznávají určité sialované sacharidy na povrchu některých leukocytů a zpomalují jejich pohyb kapilárou (tzv. kutálení), leukocyty tak mají čas protáhnout se z kapiláry ven a vcestovat do místa zánětu
bakterie Helicobacter pylori je spojována s mnoha žaludečními chorobami (např. žaludeční vředy); adhezi (přichycení) na žaludeční epitel jí umožňují lektiny, které rozpoznávají sialové kyseliny a L-fukózu
bakterie Pseudomonas aeruginosa (rezistentní proti řadě antibiotik), nebezpečná pro pacienty trpící cystickou fibrózou, využívá specifické interakce lektinů PA-IIL a PA-IL s povrchovými sacharidy plicního epitelu při kolonizaci plic
aktivace T-lymfocytů (např. ConA); některé lektiny mohou působí jako mitogeny (látky podporující dělení buněk)
stanovení krevních skupin – příslušné lektiny způsobují aglutinaci jen konkrétních krvinek (podstata krevních skupin tkví v rozdílných glykosylací): DBA reaguje přednostně s A2, LTL s 0, GSL-I B4 s B, ...
léčba bakteriálních infekcí – inhibice bakteriálních lektinů vhodnými vysokoafinitními inhibitory lze využít při léčbě bakteriálních infekcí (např. podpůrná léčba infekcí močového měchýře pomocí d-manosy, čisticí ušní kapky pro psy a kočky, obsahující směs rhamnosy, galaktosy a manosy)
Příklady lektinů a jimi rozpoznávaných sacharidů
Přehled vybraných lektinů
Zkratka
Latinský název
Český název
Sacharidová specifita (pokud není uvedeno jinak pak[1])
úzká specifita pro 9-O-acetylované sialové kyseliny[5]
je schopný vázat červené krvinky a periferními krevními mononuklearními buňkami (B- a T-lymfocyty, NK buňky) u pacientů s akutní lymfoblastickou leukémií[6]
AOL
Aspergillus oryzae
-
α-L-Fuc-(1-6) vázaná na jádro N-vázaného oligosacharidu, méně pak α-L-Fuc-(1-2,3,4)[7]
má jiné preference než podobné lektiny: PLA (α-D-GalNAc-(1-3)[α-L-Fuc-(1-2)-Gal(A-trisacharid)], DBA (α-D-GalNAc-(1-3)-D-GalNAc > A-trisacharid), RCA a HPA mají širší spektrum vázaných sacharidů[10]
nejvíc:α-L-Fuc-(1-2)- β-D-Gal-(1-4)-D-Glc, také: α-L-Fuc-(1-2)-D-Gal, α-L-Fuc-(1-2)- β-D-Gal-(1-4)[-α-L-Fuc-(1-3)]-D-Glc, nejméně pak samotná L-Fuc[14]
specifická pro α-D-Sia-(2-3), lze porovnat s SNA (který má specifitu α-D-Sia-(2-3)),[22] izolace pomocí afinitní chromatografie na vepřovém thyroglobulinu[21]
získává se z kůry bezu; je specifický k α-D-Sia-(2-6) vazbě, lze jej doplnit lektinem MAL II, který je specifický pro α-D-Sia-(2-3), schopnost nebo zvýšení vazby tohoto lektinu na buňky je možným ukazatelem jejich nekrózy nebo apoptózy[22], izolace pomocí afinitní chromatografie na hovězím fetuinu[30]
↑Tateno H, Uchiyama N, Kuno A, Togayachi A, Sato T, Narimatsu H, Hirabayashi J."A novel strategy for mammalian cell surface glycome profiling using lectin microarray." Glycobiology. 2007 Oct;17(10):1138-46. Epub 2007 Aug 10.
↑„Purification and characterization of a mannose-specific lectin from Shallot (Allium ascalonicum) bulbs.“; Mo H, Van Damme EJ, Peumans WJ, Goldstein IJ.; Arch Biochem Biophys. 1993 Nov 1;306(2):431-8
↑„Evidence that Agaricus bisporus agglutinin (ABA) has dual sugar-binding specificity“; Nakamura-Tsuruta S, Kominami J, Kuno A, Hirabayashi J.; Biochem Biophys Res Commun. 2006 Aug 18;347(1):215-20. Epub 2006 Jun 21
↑„Purification and characterization of an N-acetyllactosamine-specific lectin from tubers of Arum maculatum“; Allen AK.; Biochim Biophys Acta. 1995 May 11;1244(1):129-32.
↑“O-acetylated sialic acid as a distinct marker for differentiation between several leukemia erythrocytes.“; Sen G, Chowdhury M, Mandal C.; Mol Cell Biochem. 1994 Jul 13;136(1):65-70.
↑“O-acetyl sialic acid binding lectin as a probe for detection of subtle change on cell surface induced during acute lymphoblastic leukemia (ALL) and its clinical application.“ Mandal C, Sinha D, Sharma V, Bhattacharya DK.; Indian J Biochem Biophys. 1997 Feb-Apr;34(1-2):82-6.
↑“Carbohydrate binding specificity of a fucose-specific lectin from Aspergillus oryzae: a novel probe for core Fuchse“ Matsumura K, Higashida K, Ishida H, Hata Y, Yamamoto K, Shigeta M, Mizuno-Horikawa Y, Wang X, Miyoshi E, Gu J, Taniguchi N.; J Biol Chem. 2007 May 25;282(21):15700-8. Epub 2007 Mar 23
↑Dam TK, Bachhawat K, Rani PG, Surolia A."Garlic (Allium sativum) lectins bind to high mannose oligosaccharide chains."J Biol Chem. 1998 Mar 6;273(10):5528-35.
↑“A lectin from Bryonia dioica root stocks“ ;Peumans WJ, Nsimba-Lubaki M, Carlier AR, Van Driessche E; Planta; Volume 160, Number 3 / March, 1984; p: 222-228
↑ abcd “Isolation and characterization of an N-acetyl-D-galactosamine-binding lectin from Dutch Iris bulbs which recognizes the blood group A disaccharide (GalNAc alpha 1-3Gal).“; Mo H, Van Damme EJ, Peumans WJ, Goldstein IJ.; J Biol Chem. 1994 Mar 11;269(10):7666-73.
↑“Binding properties of a mannose-specific lectin from the snowdrop (Galanthus nivalis) bulb.“; Shibuya N, Goldstein IJ, Van Damme EJ, Peumans WJ.; J Biol Chem. 1988 Jan 15;263(2):728-34
↑ ab „Carbohydrate-binding specificity of the daffodil (Narcissus pseudonarcissus) and amaryllis (Hippeastrum hybr.) bulb lectins.“; Kaku H, Van Damme EJ, Peumans WJ, Goldstein IJ. ;Arch Biochem Biophys. 1990 Jun;279(2):298-304
↑"Biochemical and structural analysis of Helix pomatia agglutinin. A hexameric lectin with a novel fold";Sanchez JF, Lescar J, Chazalet V, Audfray A, Gagnon J, Alvarez R, Breton C, Imberty A, Mitchell EP;J Biol Chem. 2006 Jul 21;281(29):20171-80. Epub 2006 May 16
↑“Interaction of the Laburnum anagyroides lectin with fucoantigens“; Piskarev VE, Bushueva TL, Iamskov IA.; Bioorg Khim. 2007 Jan-Feb;33(1):182-6
↑Oguri S, "Analysis of sugar chain-binding specificity of tomato lectin using lectin blot: recognition of high mannose-type N-glycans produced by plants and yeast."Glycoconj J. 2005 Nov;22(7-9):453-61.
↑„Binding Determinants of the Sialic Acid-specific Lectin from the Slug Limax flavus”; Knibbs RN, Osborne SE, Glick GD, Goldstein IJ; J Biol Chem. 1993 Sep 5;268(25):18524-31.
↑“Immobilized Lotus tetragonolobus agglutinin binds oligosaccharides containing the Lex determinant „;Liying Yan, Patricia P Wilkins, Gerardo Alvarez-Manilla, Su-Il Do, David F Smith and Richard D Cummings; Glycoconjugate Journal; Volume 14, Number 1 / January, 1997,p: 45-55
↑ ab"A simple procedure for the isolation of L-fucose-binding lectins from Ulex europaeus and Lotus tetragonolobus",Allen HJ, Johnson EA,Carbohydr Res. 1977 Oct;58(2):253-65
↑“The affinity of the fucose-binding lectin from Lotus tetragonolobus for glycopeptides and oligosaccharides accumulating in fucosidosis.“; JEAN Susz JP, Dawson G; J Neurochem. 1979 Mar;32(3):1009-13
↑ ab"A comparison of the binding specificities of lectins from Ulex europaeus and Lotus tetragonolobus."Allen HJ, Johnson EA, Matta KL, Immunol Commun. 1977;6(6):585-602
↑ ab"Studies on hemagglutinins from Maackia amurensis seeds." Kawaguchi T, Matsumoto I, Osawa T, J Biol Chem. 1974 May 10;249(9):2786-92
↑ abc „Exposure of {alpha}2,6-sialylated lactosaminic chains marks apoptotic and necrotic death in different cell types“; Malagolini N, Chiricolo M, Marini M, Dall'olio F.; Glycobiology. 2008 Nov 6
↑"Mistletoe lectin I is a sialic acid-specific lectin with strict preference to gangliosides and glycoproteins with terminal Neu5Ac alpha 2-6Gal beta 1-4GlcNAc residues";Müthing J, Meisen I, Bulau P, Langer M, Witthohn K, Lentzen H, Neumann U, Peter-Katalinić J;Biochemistry. 2004 Mar 23;43(11):2996-3007
↑“First report of an arabinose-specific fungal lectin.“; Wang H, Ng TB.; Biochem Biophys Res Commun. 2005 Nov 18;337(2):621-5. Epub 2005 Sep 23
↑“Purification and characterization of a Neu5Acalpha2-6Galbeta1-4Glc/GlcNAc-specific lectin from the fruiting body of the polypore mushroom Polyporus squamosus. „J Biol Chem. 2000 Apr 7;275(14):10623-9 ; Mo H, Winter HC, Goldstein IJ.
↑Ueda H, Matsumoto H, Takahashi N, Ogawa H.,Psathyrella velutina Mushroom Lectin Exhibits High Affinity toward Sialoglycoproteins Possessing Terminal N-Acetylneuraminic Acid alpha 2,3-Linked to Penultimate Galactose Residues of Trisialyl N-Glycans. Comparison with other sialic acid-specific lectins.J Biol Chem. 2002 Jul 12;277(28):24916-25. Epub 2002 May 1
↑"The bark of Robinia pseudoacacia contains a complex mixture of lectins.Characterization of the proteins and the cDNA clones";Van Damme EJ, Barre A, Smeets K, Torrekens S, Van Leuven F, Rougé P, Peumans WJ;Plant Physiol. 1995 Mar;107(3):833-43.
↑"The fucose-binding lectin from Ralstonia solanacearum. A new type of beta-propeller architecture formed by oligomerization and interacting with fucoside, fucosyllactose, and plant xyloglucan";Kostlánová N, Mitchell EP, Lortat-Jacob H, Oscarson S, Lahmann M, Gilboa-Garber N, Chambat G, Wimmerová M, Imberty A;J Biol Chem. 2005 Jul 29;280(30):27839-49. Epub 2005 May 27
↑Kaku H, Kaneko H, Minamihara N, Iwata K, Jordan ET, Rojo MA, Minami-Ishii N, Minami E, Hisajima S, Shibuya N.,Elderberry bark lectins evolved to recognize Neu5Ac alpha2,6Gal/GalNAc sequence from a Gal/GalNAc binding lectin through the substitution of amino-acid residues critical for the binding to sialic acid.J Biochem. 2007 Sep;142(3):393-401. Epub 2007 Jul 23.
↑"A lectin from elder (Sambucus nigra L.) bark." Broekaert WF, Nsimba-Lubaki M, Peeters B, Peumans WJ, Biochem J. 1984 Jul 1;221(1):163-9.
↑Ciopraga J, Angström J, Bergström J, Larsson T, Karlsson N, Motas C, Gozia O, Teneberg S., "Isolectins from Solanum tuberosum with different detailed carbohydrate binding specificities: unexpected recognition of lactosylceramide by N-acetyllactosamine-binding lectins."J Biochem. 2000 Nov;128(5):855-67.