GLYCOSYLATION DES PROTÉINES: TYPES, PROCESSUS ET FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

La glycosylation des protéines est une modification post-traductionnelle qui consiste en l'ajout de chaînes oligosaccharidiques de protéines linéaires ou ramifiées. Les glycoprotéines résultantes sont généralement des protéines de surface et des protéines de la voie de sécrétion.

La glycosylation est l'une des modifications peptidiques les plus courantes parmi les organismes eucaryotes, mais il a également été démontré qu'elle se produit chez certaines espèces d'archées et de bactéries.

Exemple de chaînes oligosaccharidiques pouvant se lier à des protéines par glycosylation (ADN 621, de Wikimedia Commons)

Chez les eucaryotes, ce mécanisme se produit entre le réticulum endoplasmique (RE) et le complexe de Golgi, avec l'intervention de différentes enzymes impliquées à la fois dans les processus de régulation et dans la formation de liaisons covalentes protéine + oligosaccharide.

Types de glycolyse

En fonction du site de liaison de l'oligosaccharide à la protéine, la glycosylation peut être classée en 4 types:

N-

C'est le plus courant de tous et se produit lorsque les oligosaccharides se lient à l'azote du groupe amide des résidus d'asparagine dans le motif Asn-X-Ser / Thr, où X peut être n'importe quel acide aminé sauf la proline.

OU

Lorsque les glucides se lient au groupe hydroxyle de la sérine, de la thréonine, de l'hydroxylysine ou de la tyrosine. C'est une modification moins courante et des exemples sont des protéines telles que le collagène, la glycophorine et les mucines.

C-

Il consiste en l'ajout d'un résidu mannose qui se lie à la protéine par une liaison CC avec le C2 du groupe indole dans les résidus tryptophane.

Glipiation (de l'anglais "

Un polysaccharide agit comme un pont pour attacher une protéine à une ancre de glycosylphosphatidylinositol (GPI) sur la membrane.

Processus

Chez les eucaryotes

La N-glycosylation est celle qui a été étudiée le plus en détail. Dans les cellules de mammifères, le processus commence dans le RE rugueux, où un polysaccharide préformé se lie aux protéines lorsqu'elles émergent des ribosomes.

Ledit polysaccharide précurseur est composé de 14 résidus sucres, à savoir: 3 résidus glucose (Glc), 9 résidus mannose (Man) et 2 résidus N-acétyl glucosamine (GlcNAc).

Ce précurseur est commun chez les plantes, les animaux et les organismes eucaryotes unicellulaires. Il est lié à la membrane grâce à une liaison avec une molécule de dolichol, un lipide isoprénoïde intégré dans la membrane du RE.

Après sa synthèse, l'oligosaccharide est transféré par le complexe enzymatique oligosacaryltransférase sur un résidu asparagine inclus dans la séquence tri-peptidique Asn-X-Ser / Thr d'une protéine en cours de traduction.

Les trois résidus Glc à l'extrémité de l'oligosaccharide servent de signal pour une synthèse correcte des oligosaccharides et sont clivés avec l'un des résidus Man avant que la protéine ne soit transportée dans l'appareil de Golgi pour un traitement ultérieur.

Une fois dans l'appareil de Golgi, les portions d'oligosaccharides attachées aux glycoprotéines peuvent être modifiées par l'addition de galactose, d'acide sialique, de fucose et de nombreux autres résidus, donnant des chaînes d'une variété et d'une complexité beaucoup plus grandes.

Traitement des oliosaccharides (ADN 621, de Wikimedia Commons)

La machinerie enzymatique nécessaire pour réaliser les processus de glycosylation comprend de nombreuses glycosyltransférases pour l'addition de sucres, des glycosidases pour leur élimination et différents transporteurs de sucres nucléotidiques pour la contribution des résidus utilisés comme substrats.

Chez les procaryotes

Les bactéries ne possèdent pas de systèmes membranaires intracellulaires, de sorte que la formation initiale d'oligosaccharides (de seulement 7 résidus) se produit du côté cytosolique de la membrane plasmique.

Ledit précurseur est synthétisé sur un lipide qui est ensuite transloqué par une flipase ATP-dépendante dans l'espace périplasmique, où se produit la glycosylation.

Une autre différence importante entre la glycosylation eucaryote et procaryote est que l'enzyme oligosaccharide transférase (oligosacaryltransférase) des bactéries peut transférer des résidus de sucre vers des parties libres de protéines déjà repliées, non pas comme elles sont traduites par les ribosomes.

De plus, le motif peptidique reconnu par cette enzyme n'est pas la même séquence tri-peptidique eucaryote.

Caractéristiques

Les N-oligosaccharides attachés aux glycoprotéines servent à diverses fins. Par exemple, certaines protéines nécessitent cette modification post-traductionnelle pour obtenir le repliement approprié de leur structure.

Pour d'autres, il assure la stabilité, soit en évitant la dégradation protéolytique, soit parce que cette partie leur est nécessaire pour remplir leur fonction biologique.

Les oligosaccharides ayant un fort caractère hydrophile, leur addition covalente à une protéine modifie nécessairement sa polarité et sa solubilité, ce qui peut avoir une pertinence d'un point de vue fonctionnel.

Une fois attachés aux protéines membranaires, les oligosaccharides sont de précieux vecteurs d'information. Ils participent aux processus de signalisation cellulaire, de communication, de reconnaissance, de migration et d'adhésion.

Ils jouent un rôle important dans la coagulation sanguine, la guérison et la réponse immunitaire, ainsi que dans le traitement du contrôle de la qualité des protéines, qui est dépendant du glycane et indispensable pour la cellule.

Importance

Au moins 18 maladies génétiques ont été liées à la glycosylation des protéines chez l'homme, dont certaines impliquent un mauvais développement physique et mental, tandis que d'autres peuvent être mortelles.

Il existe un nombre croissant de découvertes liées aux maladies de glycosylation, en particulier chez les patients pédiatriques. Beaucoup de ces troubles sont congénitaux et concernent des défauts associés aux étapes initiales de la formation d'oligosaccharides ou à la régulation des enzymes qui participent à ces processus.

Étant donné qu'une grande partie des protéines glycosylées constituent le glycocalyx, il existe un intérêt croissant pour vérifier que des mutations ou altérations des processus de glycosylation peuvent être liées à la modification du microenvironnement des cellules tumorales et favoriser ainsi la progression de tumeurs et développement de métastases chez les patients cancéreux.

Références

1. Aebi, M. (2013). Glycosylation des protéines N-liées dans l'ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M. et Warren, CE (1999). Glycosylation des protéines dans le développement et la maladie. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5e éd.). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Biologie structurale membranaire: avec fondements biochimiques et biophysiques. La presse de l'Universite de Cambridge. Récupéré de www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL et Cox, MM (2009). Principes de Lehninger de biochimie. Omega Editions (5e éd.).
6. Nothaft, H., et Szymanski, CM (2010). Glycosylation des protéines chez les bactéries: plus douce que jamais. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K. et Marth, JD (2006). Glycosylation dans les mécanismes cellulaires de la santé et de la maladie. Cell, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Glycosylation des protéines: nature, distribution, formation enzymatique et implications sur la maladie des liaisons glycopeptidiques. Glycobiologie, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., et Cummings, RD (2015). Glycosylation des protéines dans le cancer. Revue annuelle de pathologie: mécanismes de la maladie, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Glycosylation des protéines végétales. Glycobiology, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C. et Ng, DTW (2015). Contrôle de la qualité dirigé par la glycosylation du repliement des protéines. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Zhang, X. et Wang, Y. (2016). Contrôle de la qualité de la glycosylation par la structure de Golgi. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.