Kliininen merkitys
Kuten aiemmin mainittiin, GAG:illa on olennainen rooli monissa fysiologisissa prosesseissa, joita esiintyy kaikkialla kehossa. Seuraavassa esitetään yhteenveto kunkin GAG-luokan kliinisestä merkityksestä. Huomaa, että annetut tiedot ovat suppeat, eikä niiden ole tarkoitus edustaa kaikkia fysiologisia prosesseja, joihin GAG:t osallistuvat.
Hyaluronihappo
HA on kaikkialla elimistön kudoksissa, ja se tunnetaan parhaiten kyvystään houkutella vesimolekyylejä. HA:n erittäin polaarisen rakenteen ansiosta se pystyy sitomaan 10000 kertaa oman painonsa verran vettä. Tämän ominaisuuden ansiosta sillä on keskeinen rooli nivelten voitelussa ja haavojen paranemisprosesseissa. Kliiniset lääkärit käyttävät HA:ta myös eksogeenisesti kudosten uudistumisen ja ihon korjautumisen edistämiseen, ja sen turvallisuus ja tehokkuus tähän tarkoitukseen on osoitettu. HA:ta käytetään useissa kosmetiikkatuotteissa, ja sen teho ihon kireyden ja kimmoisuuden edistämisessä ja esteettisten arvojen parantamisessa on lupaava. Vettä sitovien ominaisuuksiensa lisäksi HA:n on myös osoitettu osallistuvan angiogeneesin edistämiseen ja estämiseen ja siten olevan osallisena karsinogeneesin prosessissa.
Heparaanisulfaatti/Hepariini
Heparaanisulfaatti on yksi parhaiten tutkituista GAG:ista sen monien roolien ja mahdollisen käytön vuoksi farmakologisena kohteena syövän hoidossa. Heparaanisulfaatin merkittäviin tehtäviin kuuluvat solunulkoisen matriisin (ECM) organisointi ja solujen kasvutekijäsignaloinnin modulointi toimimalla siltana reseptorien ja ligandien välillä. Solunulkoisessa matriisissa heparaanisulfaatti on vuorovaikutuksessa monien yhdisteiden, kuten kollageenin, laminaatin ja fibronektiinin, kanssa edistääkseen solujen välistä ja solun ja solunulkoisen matriisin välistä tarttumista. Pahanlaatuisten sairauksien, kuten melanooman, yhteydessä heparaanisulfaatin hajoaminen solunulkoisessa matriisissa heparanaasientsyymin vaikutuksesta johtaa pahanlaatuisten solujen migraatioon ja etäpesäkkeiden muodostumiseen. Tämä mekanismi tekee heparanaasista ja heparaanisulfaatista käyttökelpoisia farmakologisia kohteita syövän etäpesäkkeiden ehkäisemiseksi.
Heparaanisulfaatilla on myös keskeinen rooli solujen kasvutekijäsignaloinnissa. Yksi esimerkki tästä roolista on heparaanisulfaatin vuorovaikutus fibroblastikasvutekijän (FGF) ja fibroblastikasvutekijäreseptorin (FGFR) kanssa. Heparaanisulfaatti helpottaa FGF-FGFR-kompleksien muodostumista, mikä johtaa solujen proliferaatioon johtavaan signaalikaskadiin. Heparaanisulfaatin sulfaatioaste vaikuttaa näiden kompleksien muodostumiseen. Esimerkiksi melanoomasolujen proliferaatio stimuloituu voimakkaasti sulfatoituneen heparaanisulfaatin vaikutuksesta FGF:ään.
Hepariini edustaa GAG:ien varhaisinta tunnustettua biologista roolia, koska sitä käytetään antikoagulanttina. Tämän roolin mekanismiin liittyy sen vuorovaikutus antitrombiini III -proteiinin (ATIII) kanssa. Hepariinin ja ATIII:n vuorovaikutus aiheuttaa ATIII:ssa konformaatiomuutoksen, joka parantaa sen kykyä toimia hyytymistekijöiden seriiniproteaasi-inhibiittorina. Hepariinin eri molekyylipainoja on tutkittu siten, että niillä on erilainen kliininen antikoagulaatiovoima.
Kondroitiinisulfaatti
Kondroitiinisulfaatti tunnetaan historiallisesti sen kliinisestä käytöstä tautia muokkaavana nivelrikkolääkkeenä (DMOAD). Kliiniset tutkimukset ovat dokumentoineet sen potentiaalin oireenmukaiseen kivunlievitykseen sekä nivelröntgenlöydöksiin perustuvan nivelten rakennetta muokkaavan vaikutuksen nivelrikkoon (OA). On olemassa useita mekanismeja, joilla kondroitiinisulfaatti on vastuussa näistä kliinisistä vaikutuksista. Kondroitiinisulfaatin kipua lievittävät ominaisuudet OA:ssa liittyvät sen anti-inflammatorisiin ominaisuuksiin, jotka aiheuttavat OA:ssa yliaktiivisen ydintekijä-kappa-B (NF-kappa-B) -reitin vaimenemisen.
Yksi johtavista patofysiologisista syistä OA:n syntyyn liittyy kondroitiinisulfaatin katoaminen nivelrustosta nivelissä, mikä johtaa tulehdukseen ja ruston ja subkondraalisen luun kataboliaan. Kondroitiinisulfaatin rakennetta muokkaava rooli OA:ssa johtuu siitä, että se stimuloi tyypin II kollageenin ja PG:n tuotantoa sekä nivelrustossa että nivelkalvossa. Tämä kondroitiinisulfaatin anabolinen vaikutus estää kudosvaurioiden lisääntymistä ja nivelkudosten uudelleenmuodostumista.
Kerataanisulfaatti
Kerataanisulfaatin toiminnallista roolia sekä sarveiskalvossa että hermostossa on tutkittu hyvin. Sarveiskalvo on elimistön runsain tunnettu kerataanisulfaatin lähde, ja seuraavaksi runsain on aivokudos. Kerataanisulfaatin rooli sarveiskalvossa käsittää sarveiskalvon optisen kirkkauden kannalta välttämättömän kollageenifibrillien välyksen säätelyn sekä sarveiskalvon kosteuden optimoinnin kehityksen aikana sen vuorovaikutuksen perusteella vesimolekyylien kanssa. Muiden GAG-yhdisteiden tapaan kerataanisulfaatin sulfatoitumisaste määrittää sen toiminnallisen tilan. Spesifisistä geneettisistä mutaatioista johtuvat kerataanisulfaatin epänormaalit sulfaatiomallit johtavat sarveiskalvon lisääntyneeseen sameuteen ja siitä johtuviin näköhäiriöihin.
Kerataanisulfaatilla on myös osoitettu olevan tärkeä säätelyrooli hermokudoksen kehityksessä. Aivoissa kerataanisulfaatin eri alaryhmillä on keskeinen rooli mikrogliasolujen kasvun stimuloinnissa ja aksonien korjautumisen edistämisessä vamman jälkeen. Abakan on esimerkki aivokudoksessa havaittavasta kerataanisulfaattityypistä, joka toimii hermosolujen kiinnittymisen estämiseksi, mikä merkitsee hermosolujen kasvun rajoja kehittyvissä aivoissa.
Johtopäätöksenä voidaan todeta, että glykosaminoglykaaneilla (GAG:eilla), on laaja-alaisia tehtäviä elimistössä. Niillä on ratkaiseva rooli solujen signalointiprosessissa, kuten solujen kasvun ja proliferaation säätelyssä, solujen adheesion edistämisessä, antikoagulaatiossa ja haavojen korjaamisessa.