GANGLIOSIDES: STRUCTURE, FONCTIONS, SYNTHÈSE ET APPLICATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Les gangliosides sont des sphingolipides membranaires appartenant à la classe des glycosphingolipides acides. Ils font partie des glycolipides les plus abondants et sont impliqués dans la régulation de nombreuses propriétés membranaires, ainsi que des protéines qui leur sont associées. Ils sont particulièrement abondants dans les tissus nerveux.

Ils sont caractérisés par la présence de résidus de sucre avec des groupes carboxyle (acides sialiques) et, conjointement avec des sulfatures, qui contiennent un groupe O-sulfate lié à un résidu de glucose ou de galactose. Ils représentent l'une des deux familles de glycosphingolipides acides chez les eucaryotes.

Exemple de structure d'un ganglioside (Source: Caitlin Sedwick, via Wikimedia Commons)

Le terme ganglioside a été inventé en 1939 par le biochimiste allemand Ernst Klenk, lorsqu'il faisait référence à un mélange de composés extraits du cerveau d'un patient atteint de la maladie de Niemann-Pick. Cependant, la première structure d'un ganglioside a été élucidée en 1963.

Ils partagent le squelette céramide hydrophobe avec les autres sphingolipides, qui est composé d'une molécule de sphingosine liée par une liaison amide à un acide gras compris entre 16 et 20 atomes de carbone, avec une double liaison trans entre les carbones dans les 4 positions et 5.

Structure

Les gangliosides sont caractérisés en ce qu'ils ont des chaînes oligosaccharidiques dans leur groupe de tête polaire, dans la composition desquelles se trouvent des molécules d'acide sialique liées par des liaisons β-glucosidiques au squelette hydrophobe du céramide.

Ce sont des molécules extrêmement diverses au vu des multiples combinaisons possibles entre les chaînes oligosaccharidiques, les différents types d'acide sialique et les queues apolaires attachées au squelette céramide, à la fois de la sphingosine et des acides gras liés par des liaisons amides audit squelette.

Dans le tissu nerveux, les chaînes d'acides gras les plus courantes parmi les gangliosides sont représentées par l'acide palmitique et stéarique.

Caractéristiques du groupe polaire

La région de la tête polaire de ces sphingolipides leur confère un fort caractère hydrophile. Ce groupe polaire est très volumineux par rapport à celui des phospholipides comme la phosphatidylcholine par exemple.

La raison de cet encombrement est liée à la taille des chaînes oligosaccharidiques, ainsi qu'à la quantité de molécules d'eau associées à ces glucides.

Structure générale des gangliosides (Source: Ryan_1991, via Wikimedia Commons)

Les acides sialiques sont des dérivés de l'acide 5-amino-3,5-didésoxy-D-glycéro-D-galacto-non-2-ulopyranosoïque ou de l'acide neuraminique. Il existe trois types d'acides sialiques connus dans les gangliosides: le 5-N-acétyle, le 5-N-acétyl-9-O -acétyle et le dérivé 5-N-glycolyle, qui est le plus courant chez les humains en bonne santé.

En général, les mammifères (y compris les primates) sont capables de synthétiser l'acide 5-N-glycolyl-neuraminique, mais les humains doivent l'obtenir à partir de sources alimentaires.

La classification de ces lipides peut être basée à la fois sur le nombre de résidus d'acide sialique (de 1 à 5), ainsi que sur leur position dans la molécule de glycosphingolipide.

La séquence oligosaccharidique la plus courante est le tétrasaccharide Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, mais on peut également trouver moins de résidus.

Caractéristiques

Les implications biologiques exactes des gangliosides n'ont pas été complètement élucidées, cependant, ils semblent être impliqués dans la différenciation et la morphogenèse cellulaires, dans la liaison de certains virus et bactéries, et dans des processus d'adhésion cellulaire spécifiques au type en tant que ligands pour les protéines. selectins.

Dans le système nerveux

Les glycosphingolipides avec l'acide sialique sont d'une importance particulière dans le système nerveux, en particulier dans les cellules de matière grise du cerveau. Cela a à voir avec le fait que les glycoconjugués, en général, sont reconnus comme des véhicules d'information et de stockage efficaces pour les cellules.

Ils sont principalement situés dans la monocouche externe de la membrane plasmique, ils ont donc une participation importante dans le glycocalyx, avec les glycoprotéines et les protéoglycanes.

Ce glycocalyx ou matrice extracellulaire est essentiel pour le mouvement cellulaire et l'activation des voies de signalisation impliquées dans la croissance, la prolifération et l'expression des gènes.

Dans la signalisation cellulaire

Comme pour les autres sphingolipides, les sous-produits de la dégradation des gangliosides ont également des fonctions importantes, notamment dans les processus de signalisation et dans le recyclage des éléments pour la formation de nouvelles molécules lipidiques.

Au sein de la bicouche, les gangliosides se produisent en grande partie dans les radeaux lipidiques riches en sphingolipides, où des "domaines de signalisation glyco" sont établis qui assurent également la médiation des interactions intercellulaires et de la signalisation transmembranaire par stabilisation et association avec des protéines intégrales. Ces radeaux lipidiques remplissent des fonctions importantes dans le système immunitaire.

Dans la structure

Ils favorisent la conformation et le repliement correct d'importantes protéines membranaires, telles que le ganglioside GM1, en maintenant la structure hélicoïdale de la protéine α-synucléine, dont la forme aberrante est associée à la maladie de Parkinson. Ils ont également été associés aux pathologies de Huntington, Tay-Sachs et de la maladie d'Alzheimer.

Synthèse

La biosynthèse des glycosphingolipides dépend fortement du transport intracellulaire à travers le flux vésiculaire du réticulum endoplasmique (RE), à travers l'appareil de Golgi et se terminant à la membrane plasmique.

Le processus de biosynthèse commence par la formation du squelette céramide sur la face cytoplasmique du RE. La formation de glycosphingolipides se produit plus tard dans l'appareil de Golgi.

Les enzymes glycosidases responsables de ce processus (glucosyltransférase et galactosyltransférase) se trouvent du côté cytosolique du complexe de Golgi.

L'addition des résidus d'acide sialique à la chaîne oligosaccharidique en croissance est catalysée par quelques glycosyltransférases qui sont liées à la membrane, mais sont limitées au côté luminal de la membrane de Golgi.

Différentes sources de données suggèrent que la synthèse des gangliosides les plus simples se produit dans la région précoce du système membranaire de Golgi, tandis que les plus complexes se produisent dans les régions les plus «tardives».

Régulation

La synthèse est régulée dans un premier temps par l'expression de glycosyltransférases, mais des événements épigénétiques tels que la phosphorylation des enzymes impliquées et d'autres peuvent également être impliqués.

Applications

Certains chercheurs ont concentré leur attention sur l'utilité d'un ganglioside particulier, GM1. La toxine synthétisée par V. cholera chez les patients cholériques possède une sous-unité responsable de la reconnaissance spécifique de ce ganglioside, qui se présente à la surface des cellules muqueuses de l'intestin.

Ainsi, GM1 a été utilisé pour la reconnaissance de marqueurs de cette pathologie car il est inclus dans la synthèse des liposomes utilisés pour le diagnostic du choléra.

D'autres applications incluent la synthèse de gangliosides spécifiques et leur liaison à des supports stables à des fins de diagnostic ou pour la purification et l'isolement de composés pour lesquels ils ont une affinité. Il a également été constaté qu'ils peuvent servir de marqueurs pour certains types de cancer.

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