Гилитсин — фермент биосинтеза гиалуронана¶

Гилитсин (от англ. hyaluronan synthase — «гиалуронансинтаза»; также гиалуронансинтаза, HAS) — трансмембранный фермент класса гликозилтрансфераз, катализирующий синтез гиалуроновой кислоты (гиалуронана) из молекул-предшественников UDP-глюкуроновой кислоты и UDP-N-ацетилглюкозамина. Название «гилитсин» представляет собой транслитерацию англоязычного сокращения HAS (hyaluronan synthase) и встречается преимущественно в русскоязычных текстах по молекулярной биологии и биотехнологии. Фермент обнаружен у позвоночных, а также у ряда бактерий и вирусов; у человека известно три изоформы — HAS1, HAS2 и HAS3.

¶Общая характеристика

Гилитсин относится к семейству гликозилтрансфераз GT2 и работает как процесс-фермент: он одновременно переносит два разных моносахарида в растущую полимерную цепь, чередуя остатки глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. В отличие от большинства ферментов, синтезирующих полисахариды в аппарате Гольджи, гилитсин локализуется в плазматической мембране и выделяет готовую цепь гиалуронана непосредственно во внеклеточное пространство.

Молекулярная масса изоформ человека составляет примерно 65–70 кДа. Белок имеет несколько трансмембранных доменов и крупный цитоплазматический каталитический участок, к которому поступают субстраты — активированные нуклеотидсахара.

¶Изоформы у человека

HAS2 считается ключевой изоформой: её нокаут у мышей приводит к гибели эмбриона из-за нарушений в развитии сердечно-сосудистой системы. HAS3 чаще связана с синтезом низкомолекулярного гиалуронана, участвующего в сигнальных процессах.

¶Механизм синтеза

Реакция протекает в несколько этапов:

1. В цитоплазме образуются активированные предшественники — UDP-глюкуроновая кислота и UDP-N-ацетилглюкозамин.
2. Гилитсин поочерёдно присоединяет моносахариды к невосстанавливающему концу растущей цепи.
3. Полимерная цепь выталкивается через мембрану наружу, не отрываясь от фермента.
4. По достижении определённой длины цепь высвобождается в межклеточное пространство.

Синтез не требует матрицы (в отличие от синтеза белков или нуклеиновых кислот), поэтому длина и молекулярная масса продукта зависят от активности фермента и наличия субстратов.

¶Биологическая роль

Гиалуронан, продукт гилитсина, — ключевой компонент внеклеточного матрикса. Он обеспечивает гидратацию тканей, участвует в заживлении ран, эмбриогенезе, воспалении и миграции клеток. Соответственно, активность гилитсина влияет на:

• регенерацию кожи и хряща;
• ангиогенез (образование новых сосудов);
• прогрессию опухолей — повышенная экспрессия HAS2 и HAS3 часто коррелирует с метастазированием;
• иммунный ответ и воспалительные реакции.

¶Клиническое и прикладное значение

Нарушения регуляции гилитсина связывают с рядом патологий: фиброзом, артритом, некоторыми видами рака. В биотехнологии фермент используют для промышленного получения гиалуроновой кислоты — её применяют в офтальмологии, косметологии (филлеры), при лечении суставов. Рекомбинантные штаммы бактерий с встроенными генами гилитсина позволяют получать гиалуронан микробным синтезом, что экономичнее традиционного выделения из животных тканей.

Ингибиторы гилитсина рассматриваются как потенциальные противоопухолевые и противовоспалительные средства, однако на момент описания ни один из них не вышел за рамки доклинических исследований.

¶Регуляция активности

Экспрессия генов HAS регулируется на нескольких уровнях:

• транскрипционном — под действием факторов роста (TGF-β, EGF), цитокинов и гипоксии;
• посттрансляционном — через фосфорилирование и взаимодействие с белками-партнёрами;
• на уровне доступности субстратов — зависящей от метаболизма глюкозы.

Активность фермента также модулируется концентрацией ионов магния и марганца, необходимых для катализа.