Keraatansulfaat (KS) is een gesulfateerd glycosaminoglycaan gekenmerkt door zijn poly-N-acetyllactosamine-ruggengraat, voornamelijk aanwezig in het hoornvliesstroma, kraakbeen en hersenweefsel. In tegenstelling tot andere glycosaminoglycanen bevat KS geen uronzuren en verkrijgt het zijn anionische natuur door sulfatering, wat bijdraagt aan weefselhydratatie en structurele integriteit.
Chemische structuur
KS bestaat uit herhalende disacharide-eenheden van β1-4-gebonden D-galactose (Gal) en N-acetyl-D-glucosamine (GlcNAc). Sulfatering vindt voornamelijk plaats op positie 6 van GlcNAc en variabel op Gal. De ketens vertonen regionale heterogeniteit, inclusief niet-gesulfateerde poly-N-acetyllactosamine-stukken, mono-gesulfateerde domeinen en sterk gesulfateerde regio's, vaak afgesloten met sialzuur of fucose. KS heeft typisch een molecuulgewicht van 10–20 kDa per keten en hecht aan kernproteïnen zoals lumican, keratocan en aggrecan via N- of O-bindingen.
Fysicochemische eigenschappen
Sulfaatgroepen verlenen negatieve lading, verbeteren hydratatie en visco-elasticiteit, hoewel KS minder zuur is dan glycosaminoglycanen met uronzuren. In oplossing vormt het uitgebreide, gehydrateerde spoelen en weerstaat enzymatische afbraak door afsluitende resten. KS interageert elektrostatisch met kationen en proteïnen. Weefselspecifieke isoformen omvatten KS-I (hoornvlies; N-glycosylering) en KS-II (kraakbeen; O-binding), wat verschillende biosynthetische paden weerspiegelt.
Biosynthese en verdeling
De biosynthese van KS begint in het Golgi-apparaat met de overdracht van GlcNAc op asparagine (KS-I) of op serine/threonine-resten (KS-II). Vervolgstappen omvatten galactosylering, ketenverlenging via β1-4GalT- en β1-3GlcNAcT-enzymen, en sulfatering gekatalyseerd door GlcNAc6ST en Gal6ST. KS is overvloedig in het hoornvlies —tot 90 % van de proteoglycanen— en komt ook voor in tussenwervelschijven, hersenweefsel en gewrichtskraakbeen, waar het bijdraagt aan de organisatie van de extracellulaire matrix.
Biologische functies
In het hoornvlies behoudt KS transparantie en reguleert de afstand tussen collageenfibrillen door associatie met kleine leucine-rijke proteoglycanen. In kraakbeen en hersenweefsel biedt het mechanische demping, moduleert groeifactor-interacties (bijv. FGF, TGF-β) en ondersteunt neuronale ontwikkeling en plasticiteit. Sulfateringspatronen coderen moleculaire specificiteit voor celsignalering, extracellulaire matrixstructurering en regulatie van ontsteking.