Sialylierung

Sialylierung ist ein posttranslationaler Vorgang, bei dem Sialinsäurereste an die Enden von N- oder O-Glykanketten von Proteinen und Lipiden angehängt werden. Der häufigste Sialinsäurerest ist N-Acetylneuraminsäure (Neu5Ac). Die Reaktion erfolgt überwiegend im Golgi-Apparat durch Sialyltransferasen, die CMP-Neu5Ac als Donor verwenden. Sialylierte Strukturen befinden sich häufig als terminale Strukturen auf Glykolipiden und Glykoproteinen.

Zu den zentralen Enzymen gehören verschiedene Sialyltransferasen (z. B. ST3Gal-, ST6Gal-, ST6GalNAc-Familien), die Sialinsäure an Gal- oder GalNAc-Reste übertragen und unterschiedliche Verknüpfungen bilden (typisch α2-3, α2-6, α2-8). Die endständige Sialylierung beeinflusst die Bindung an Lektine und Rezeptoren. Die Aktivierung der Sialinsäure erfolgt durch CMP-Neu5Ac, das durch den CMP-Sialinsäure-Transporter SLC35A1 in das Golgi-Lumen gebracht wird. Sialidasen (Neuraminidasen) können Sialinsäuren wieder entfernen.

Die Sialylierung beeinflusst die physikochemischen Eigenschaften von Glykanen, darunter Ladung, Stabilität, Löslichkeit und die Halbwertszeit von Proteinen. Sialylgruppen schützen vor Deglycosylierung, regulieren die Interaktion mit Immunrezeptoren wie Siglecs und beeinflussen die Leukozytenmigration über Sialyl-Lewis X-Substrate. Zudem wirken sialylierte Strukturen als Mimik des Wirts und können Pathogene daran hindern, sich zu erkennen.

Veränderte Sialylierung ist mit Krankheiten assoziiert. Hypersialylierung oder Hyposialylierung kann Krebsprogression, Immun-Evasion oder Entzündungsreaktionen fördern. In der Infektionsbiologie nutzen manche Erreger Sialinsäure, um dem Immunsystem zu entgehen oder Gewebe zu beeinflussen. Die Sialylierung spielt auch eine Rolle in der Neuroentwicklung und bei bestimmten kongenitalen Glykosylierungsstörungen.

Methodisch wird Sialylierung mithilfe von Massenspektrometrie, HPLC, Lectin-Arrays oder Glykanbanken untersucht. Das Verständnis der Sialylierung umfasst Genetik, Enzymologie und zelluläre Trajektorien, insbesondere die Rolle des Golgi-Stacks und des SLC35A1-Transporters.