GLICOCOBIOLOGÍA DE HELMINTOS PARÁSITOS

GLICOCONJUGADOS CARBOHIDRATOS alta capacidad de generar diversidad estructural FUNCIONES GENERALES: estructurales interacción con otras moléculas (proteínas receptoras / lectinas) protección estabilización GLICOCONJUGADOS Compuestos en los cuales uno o más monosacáridos o unidades oligosacarídicas se unen covalentemente a un esqueleto no glucídico: proteínas o lípidos

A. GLICOPROTEÍNAS N - glicanos Unidades oligosacarídicas se unen vía enlaces de tipo N- u O- a un esqueleto polipeptídico, durante el tráfico por el RER y el aparato de Golgi N - glicanos producidos por todas las células eucariotas se unen a través de GlcNAc al NH2 de una Asn los oligosacáridos se transfieren como un bloque preformado secuencia consenso Asn-X-Thr/Ser

que comparten un núcleo común Glicoproteínas de 3 tipos: ricas en Man complejas híbridas que comparten un núcleo común

O - glicanos producidos por todas las células eucariotas en general se unen a través de GalNAc al OH de una Thr o Ser biosíntesis en el aparato de Golgi por adición secuencial de los monosacáridos no hay secuencias consenso/regiones ricas en Pro 7 núcleos distintos

B. GLICOLÍPIDOS Unidad básica: un monosacárido se une a una unidad de ceramida compuesta por una base de cadena larga y un ácido graso. La unidad básica luego se extiende por la adición de otros monosacáridos

C. ANCLAS DE GLICOFOSFOLÍPIDOS

D. PROTEOGLICANOS Y GLICOSAMINOGLICANOS Figure 11.2. Glycosaminoglycans consist of repeating disaccharide units. HA lacks any sulfate groups, but the rest of the GAGs contain sulfates at various positions. As described in the text, considerable variations occur in the positions of sulfation and IdoA. Figure 11.1. The large cartilage CS proteoglycan (aggrecan) forms an aggregate using hyaluronic acid as a scaffold and link protein to stabilize the complex. In addition, cartilage matrix contains collagen (not shown) and various glycoproteins (partially filled circles). (Reprinted, with permission, from [7] Rodén 1980.)

GLICOCONJUGADOS EN LA RELACIÓN HUÉSPED - PARÁSITO productos parasitarios de E/S o superficiales sistema inmune innato – reconocimiento de PMAPs sistema inmune adaptativo – respuestas T-independientes que no inducen maduración de la respuesta (cambio de isotipo de Ac, aumento de la afinidad), ni generan memoria Implicados en: interacción con el huésped evasión del sistema inmune (mimetismo/modulación) muchas veces constituidos por glicanos Inusuales en posiciones terminales Con modificaciones específicas Con funciones específicas

Schistosoma mansoni

GLICOCONJUGADOS EN TREMATODOS Schistosoma mansoni Numerosos carbohidratos antigénicos: Glicocalix en las cercarias Glicoconjugados en los huevos Glicoproteínas en la membrana y productos de E/S del intestino del adulto Glicoproteínas en el tegumento del esporoquiste Altamente inmunogénicos Con propiedades inmunomoduladoras Importantes en la progresión y patogénesis de la enfermedad Estadio específicos o presentes durante todo el ciclo de vida

N- glicanos (adultos y esquistosómula) Estructuras inusuales: glicanos tipo complejo sin ácido siálico, Gal unida en forma , alta cantidad de Fuc terminal, GalNAc terminal unida en forma  (diferencias en disposición de glicosiltransferasas y glicosidasas ??) motivos lacdiNAc y derivados fucosilados (LDNF) en estructuras bi-, tri-, y tetra-antenarias

N- glicanos tri- y tetra- antenarios altamente ramificados, con altas cantidades de Gal, cadenas poli-lactosaminas , poli-fucosiladas, que presentan además los antígenos Lewis X (Lex) y Lex extendido cadenas poli-lactosaminas fucosiladas - en cél animales interaccionan con leucocitos -- En S. mansoni: evasión, alteración o interferencia con la respuesta inmune ?????

Antígeno Lewis X interacciones celulares interacción huésped-parásito el determinante Lex en estructuras secretadas: evasión el determinante Lex como receptor de selectinas del huésped, favorecería la ADCC los oligosacáridos que presentan Lex inducen a los LB a producir altas cantidades de IL-10 inmunomodulación a respuesta Th2

O- glicanos (esquistosómula y adulto) secretados o asociados a la membrana O-glicosilación simple semejante a mamíferos - GalNAc-Ser/Thr o Gal-GalNAC-Ser/Thr (antígenos Tn y T) Potencialmente antigénicas O- glicanos (huevos, esquistosómula, cercaria y adulto) antígeno catódico circulante (CCA) y antígeno anódico circulante (CAA) CAA (30% CH) - tipo glucosaminoglicano (GalNAc-Ác. Glucurónico) CCA (80% CH) - núcleo tipo 2 y presenta antígenos Lex y Lex extendido

O- glicoproteínas en el glicocalix de las cercarias - altamente fucosiladas, presentan múltiples copias de lacdiNAc (GalNAc1-4GlcNAc), Gal -ligada Los motivos multifucosilados serían responsables de la acción moduladora del sistema inmune

GLICOLÍPIDOS en adulto, huevos y cercarias altamente inmunogénicos glicoesfingolípido novedoso precursor similar a vertebrados modificado por la adición de un residuo de 1-4GalNAc núcleo schisto: GalNAc1-4Glc1-ceramida luego extensivamente modificado en los glicolípidos de los huevos con motivos repetidos de GlcNAc y múltiples Fuc

LacdiNAc- and LacNAc-containing glycans induce granulomas in an in vivo model for schistosome egg-induced hepatic granuloma formation Fig. 1. Implantation of uncoated or antigen-coated beads in the murine liver, 16 days after injection. (A) Unloaded beads yield only a minor foreign body reaction consisting of a few macrophages. (B and C) Periparticular granulomatous inflammation with macrophages, lymphocytes, and numerous eosinophilic granulocytes: only LacdiNAc- (B) and asialofetuin- (C) beads induce granuloma formation (scale bar = 100 μm).

Echinococcus granulosus

GLICOCONJUGADOS EN CESTODOS Echinococcus granulosus Los carbohidratos son componentes muy importantes en este cestodo En protoescolex (PS), fluido hidático y capa laminar del quiste: Gal, GalNAc y GlcNAc principalmente En el adulto: Man/Glc en tegumento y parénquima GlcNAc/Ác. Siálico y Gal-GalNAc en sistema reproductor Gal en tegumento Altamente inmunogénicos

O- glicosilación simple La O-glicosilación aberrante es una característica asociada con la transformación maligna de las células Aparecen determinantes antigénicos: Antígeno Tn (GalNAc-O-Ser/Thr) Antígeno T (Gal - GalNAc-O-Ser/Thr) Sialil Tn En E. granulosus se ha detectado la presencia de estos antígenos, tanto en el estadio adulto como en los protoescolex Recientemente se ha observado también en otros helmintos: F. hepatica, T. hydatigena, N. brasiliensis, T. canis, M. corti. Función en la relación con el huésped ???

Trichinella spiralis

GLICOCONJUGADOS EN NEMATODOS Trichinella spiralis productos de E/S sintetizados y empaquetados en el esticosoma de L1 en la superficie cuticular aparecen epitopes compartidos con los productos de E/S Familia de glicoproteínas TSL-1 en el intestino, participarían en el proceso de invasión y establecimiento del parásito en su nicho Glicoproteínas TSL-1 epitope inmunodominante presente en forma de glicano, con un azúcar terminal inusual: tivelosa (3,6-dideoxy-D-arabinohexosa) alto contenido en Fuc terminal

- Inmunodominantes, grandes y homogéneos Glicanos con Tyv: - Inmunodominantes, grandes y homogéneos - Estructuras ligadas a N-, tri- y tetra-antenarias - Con motivos lacdiNAc (GalNAc1-4GlcNAc) terminados en Tyv - Mayoría de antenas fucosiladas en GlcNAc Las glicoproteínas con Tyv estarían en posición estratégica para mediar la interacción específica con las células - Ac anti-Tyv presentan función protectora - Expulsión rápida - efectos inhibitorios sobre la L1 - impiden colonización del epitelio - movilidad comprometida - mucus intestinal - las alojadas en el epitelio son desplazadas o inmovilizadas - interfieren en el desarrollo de la L1

Toxocara canis

GLICOCONJUGADOS EN NEMATODOS Toxocara canis gran capacidad de soportar y evadir el sistema inmune Glicoproteínas TES (T. canis excreted/secreted products) - más de 50 macromoléculas distintas - mayoría altamente glicosiladas estructuras inusuales principalmente O-glicosilación 2-O-Me-Fuc(1-2)4-O-Me-Gal(1-3)-GalNAc 2-O-Me-Fuc(1-2)-Gal(1-3)-GalNAc principalmente mucinas, lectinas de tipo C y proteínas de unión a fosfatidiletanolamina

LECTINAS: como forma de evasión de la respuesta inmune TES-32 producto de E/S más abundante también presente en la cutícula homólogo a lectinas de tipo C de mamíferos especificidad por Man y GalNAc competidor soluble de las selectinas ?? Modulador de la respuesta inmune?? TES-70 producto relativamente abundante también lectina de tipo C se une a proteínas del huésped específicas (no identificadas)

glicocalix rico en CH (cubierta de superficie) MUCINAS: glicocalix rico en CH (cubierta de superficie) evasión del sistema inmune TES-120 familia de mucinas muy abundantes diferencias en modificaciones post-traduccionales ancladas a la membrana a través de TES-32 desviación del sistema inmune ?? Bloqueo de extravasación de células, activación, e inflamación mimetismo o enmascaramiento de Ag ?? TES-400 - no se encuentra en la sup. de la larva y contiene principalmente CH. Análogo a proteoglicanos de mamíferos

Filiarias

GLICOCONJUGADOS EN NEMATODOS Filarias Presentan fosforilcolina (PC) asociada covalentemente a glicoproteínas y glicolípidos secretados Función inmunomoduladora -Inhibición de la proliferación de linfocitos -Cambios en la secreción de CQ ( IFN, IL-10 e IgG4) En las glicoproteínas la PC se une a N-glicanos con estructuras conservadas entre las filarias

ES-62 Principal glicoproteína asociada a PC secretada por el estadio adulto de Acanthocheilonema viteae LB expresan un receptor (no Ig) para ES-62 a concentración – activación policlonal a concentración – inhibición de la proliferación Interacción ES-62: receptor – señalización intracelular fosforilación de proteínas activación de tirosin quinasas inactivación de protein quinasa C

A novel therapeutic approach targeting articular inflammation usin the filarial nematode derived phosporylcholine-containing glycoprotein ES-62 FIGURE 4. ES-62 administration significantly reduced articular inflammation and destruction. At day 14, arthritic paws from the therapeutic study were removed and stained with H&E (A and B) or toluidine blue (C and D). A and C, Profound infiltration, cartilage surface erosion, and loss of proteoglycan was observed in PBS control as indicated by the arrowheads, whereas treatment with ES-62 exhibited significantly reduced histological evidence of destruction (B and D). E, Histological appearances were scored for the presence of synovial bone erosion, hyperplasia, and cellular infiltration in ES-62 ()- or PBS (f)-treated paws. , p 0.05 vs PBS control (Mann-Whitney U test). Data are means SEM (n 10/ group). Original magnification: A and B, 25; C and D, 50

Los glicoconjugados tienen una función relevante en la relación de un parásito con su huésped Implicados principalmente en eventos de: reconocimiento e invasión del huésped modulación y evasión de la respuesta inmune

ANTÍGENOS CARBOHIDRATOS DE O-GLICOSILACIÓN INCOMPLETA GalNAc Tn GalNAc-Gal TF GalNAc-Ac. Siálico Sialil-Tn

INTERÉS BIOLÓGICO DE LOS ANTÍGENOS DE O-GLICOSILACIÓN INCOMPLETA Marcadores de “pan-carcinomas” Expresión muy débil o nula en los tejidos normales respectivos Participan en procesos de adhesión de las células cancerosas Constituyen blancos terapéuticos

TIPOS DE “CORE” DE LOS O-GLICANOS Sialil-T GlcNAcb1-6 GalNAc-Thr/Ser GlcNAcb1-3 GalNAca1-3 GalNAca1-6 Gala1-3 NeuAca2-3 Galb1-3 Core 3 GalNAc-Thr/Ser GlcNAcb1-3 Core 2 GlcNAcb1-6 GalNAc-Thr/Ser Galb1-3 Core 1 GalNAc-Thr/Ser Galb1-3 Thr/Ser GalNAc-Thr/Ser

LOS EPITOPES DEL “CORE” DE O-GLICANOS Y CANCER GalNAc-Thr/Ser Galb1-3 Thr/Ser Antígeno T - Core 1 Antígeno Tn GlcNAcb1-6 Core 2 GlcNAcb1-3 Core 3 Antíeno Tk - Core 4 Core 6 GalNAca1-3 Core 5 GalNAca1-6 Core 7 Gala1-3 Core 8 NeuAca2-3 Antígeno Sialil-T NeuAca2-6 Antígeno Sialil-Tn ¿POR QUÉ SE EXPRESAN LOS ANTÍGENOS DE O-GLICOSILACIÓN INCOMPLETA?

¿POR QUÉ ESTOS ANTÍGENOS PODRÍAN FAVORECER EL DESARROLLO DE METÁSTASIS? TF galectina-3 Tn células endoteliales macrófagos Sialil-Tn Siglec-6 Ellos interactúan con lectinas que favorecen diferentes tipos de adhesión

Echinococcus granulosus ANTÍGENOS Tn Y STn EN Echinococcus granulosus Antígeno Tn PROTOESCOLEX ADULTOS Antígeno sialil-Tn Coexpresión de sTn en gpTn

EVALUACIÓN DE Tn Y DE STn EN Fasciola hepatica 40 m Antígeno sialil-Tn 205 116 97.4 66 45 29 80 m Antígeno Tn 205 116 97.4 66 45 29

¿EL ANTIGENO Tn SE EXPRESA TAMBIÉN EN OTROS PARÁSITOS HELMINTOS? LA EXPRESIÓN DE ANTÍGENOS DE O-GLICOSILACIÓN SIMPLE ES UN FENÓMENO GENERALIZADO EN PARÁSITOS HELMINTOS ¿EL ANTIGENO Tn SE EXPRESA TAMBIÉN EN OTROS PARÁSITOS HELMINTOS? Evaluación del antígeno Tn - plathelmintos cestodes - plathelmintos trematodes - nemathelmintos Adult E.g som Larvae M.c som Adult T. h E/S L3 N. b som L4 N. b som Adult T. c E/S Adult F. h som

PRIMER PASO EN LA O-GLICOSILACIÓN: SÍNTESIS DEL ANTÍGENO Tn H A c N UDP ppGalNAc-Transferasas (T1-T14) UDP O H A c N R X N H O R X OH

LAS ppGalNAc-Ts Determinan el número y la posición de las cadenas O-sacaridicas en una proteína Cada isoforma presenta una especificidad particular por el sustrato La O-glicosilación in vivo de una proteína requiere la expresión coordinada de los sustratos polipeptídicos y de las ppGalNAc-Ts

¿ACTIVIDAD ppGalNAc-T EN PARÁSITOS HELMINTOS? Echinococcus granulosus (cestode) Evaluación en Fasciola hepatica (trematode digenea) Toxocara canis (nematode) MUC5B VLTTTATTPTA MUC2 PTTTPITTTTTV MUC1 HGVTSAPDTRP