Heparan sulfate proteoglycans: structure, protein interactions and cell signaling

ABSTRACT

Heparan sulfate proteoglycans are ubiquitously found at the cell surface and extracellular matrix in all the animal species. This review will focus on the structural characteristics of the heparan sulfate proteoglycans related to protein interactions leading to cell signaling. The heparan sulfate chains due to their vast structural diversity are able to bind and interact with a wide variety of proteins, such as growth factors, chemokines, morphogens, extracellular matrix components, enzymes, among others. There is a specificity directing the interactions of heparan sulfates and target proteins, regarding both the fine structure of the polysaccharide chain as well precise protein motifs. Heparan sulfates play a role in cellular signaling either as receptor or co-receptor for different ligands, and the activation of downstream pathways is related to phosphorylation of different cytosolic proteins either directly or involving cytoskeleton interactions leading to gene regulation. The role of the heparan sulfate proteoglycans in cellular signaling and endocytic uptake pathways is also discussed.

RESUMO

Proteoglicanos de heparam sulfato são encontrados tanto superfície celular quanto na matriz extracelular em todas as espécies animais. Esta revisão tem enfoque nas características estruturais dos proteoglicanos de heparam sulfato e nas interações destes proteoglicanos com proteínas que levam à sinalização celular. As cadeias de heparam sulfato, devido a sua variedade estrutural, são capazes de se ligar e interagir com ampla gama de proteínas, como fatores de crescimento, quimiocinas, morfógenos, componentes da matriz extracelular, enzimas, entreoutros. Existe uma especificidade estrutural que direciona as interações dos heparam sulfatos e proteínas alvo. Esta especificidade está relacionada com a estrutura da cadeia do polissacarídeo e os motivos conservados da cadeia polipeptídica das proteínas envolvidas nesta interação. Os heparam sulfatos possuem papel na sinalização celular como receptores ou coreceptores para diferentes ligantes. Esta ligação dispara vias de sinalização celular levam à fosforilação de diversas proteínas citosólicas ou com ou sem interações diretas com o citoesqueleto, culminando na regulação gênica. O papel dos proteoglicanos de heparam sulfato na sinalização celular e vias de captação endocítica também são discutidas nesta revisão.