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5.1. La glycosylation La glycosylation, généralement définie comme le principal événement de maturation post- traductionnelle des protéines et des lipides, consiste en une succession de réactions enzymatiques se déroulant, chez les eucaryotes, principalement dans le réticulum endoplasmique et dans l’appareil de Golgi. Les glycoprotéines sont constituées d’une chaîne peptidique sur laquelle sont greffés des sucres. Il est à noter que plusieurs résidus d’une même chaîne polypeptidique peuvent être substitués par des sucres. Les enzymes impliquées, les glycosyltransférases, font preuve, à l’image de leurs nombreux substrats, d’une très grande diversité fonctionnelle. Leur action principale consiste à greffer des mono- ou des polysaccharides sur différents substrats (monosaccharides, polysaccharides, lipides, ou peptides), en des sites bien définis. Les substrats donneurs sont utilisés sous une forme énergétique (ou activée) de nucléotide-sucre (GDP-fucose, UDP-galactose…), et plus rarement sous une forme lipide-sucre (dolichol-P-Glc) (Kleene and Berger, 1993). Les glycosyltransférases eucaryotes sont en très grande majorité des glycoprotéines membranaires de type 2, associées aux compartiments cellulaires exocytoplasmiques, en particulier le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi (Paulson and Colley, 1989). Après un court domaine cytoplasmique N-terminal (≈10 acides aminés) et une portion transmembranaire unique (≈ 15 acides aminés), se déploie la portion luminale de la protéine formée d’un domaine intermédiaire flexible de longueur très variable (70 à 320 acides aminés), assurant la liaison avec un domaine catalytique globulaire dont la taille varie de 200 à 250 résidus. Les glycosyltransférases sont nommées selon le sucre qu’elles transfèrent, par exemple « mannosyltransférase » s’il s’agit du mannose, ou « fucosyltransférase », s’il s’agit du fucose, mais aussi et surtout en fonction de la liaison formée (α ou β) entre le sucre transféré et le substrat accepteur, ce dernier restant, dans la majorité des cas de nature mono- ou polysaccharidique (Tableau 1). Dans les cellules animales, de nombreux travaux soulignent l’importance de la régulation spatio-temporelle de l’expression de ces enzymes dans la définition des épitopes glycanniques. Grâce au séquençage des génomes, nous savons aujourd'hui qu'environ 1% des gènes d'un organisme leur est dédié (Lowe and Marth, 2003). 78
Groupe d'enzymes Sialyltransférase Fucosyltransférase Galactosyltransférase N-acétylglucosaminyltransférase N-acétylgalactosaminyltransférase Mannosyltransférase Sucre transféré Acide N-acétylneuraminique Fucose Galactose N-acétylglucosamine N-acétylgalactosamine Mannose Tableau 1 : Les principales glycosyltransférases de vertébrés greffant des sucres monosaccharidiques sur des substrats mono- ou polysaccharidiques. A la série d’enzymes « classiques » s’ajoutent des enzymes plus singulières, telle que l’oligosaccharidyltransférase, qui utilise comme substrat donneur un oligosaccharide lié à une molécule de dolichol-phosphate, ultérieurement transféré sur une protéine au cours des premières étapes de la biosynthèse des N-glycannes, ou encore telles que les mannosyltransférases et glucosyltransférases, utilisant du mannose ou du glucose liés également au dolichol-phophate (Kornfeld and Kornfeld, 1985). Il existe aussi des glycosyltransférases d’origine procaryote qui transfèrent des sucres liés à l’undecaprényl-phosphate (Shaper and Shaper, 1992). Enfin, certaines glycosyltransférases sont en mesure de lier des monosaccharides à des résidus Thr ou Ser, la protéine servant alors directement de substrat accepteur. C’est le cas pour certaines N- acétylgalactosaminyltransférases, qui initient la synthèse des O-glycannes, ainsi que pour des enzymes plus récemment caractérisées, que sont les O-fucosyltransférases ou les O-N- acétylglucosaminyltransférases (Van den Steen et al., 1998). Pour les glycoprotéines, deux grandes familles de glycannes ont donc été définies selon la nature de la liaison covalente établie entre le glycanne et la partie peptidique : les N- et les O- glycannes. Les protéines N-glycosylées portent un glycanne sur l’atome d’azote de la chaîne latérale d’une asparagine comprise dans un motif consensus de type N-X-S/T (X pouvant être n’importe quel résidu autre que la proline). Les protéines O-glycosylées portent un monosaccharide ou un glycanne fixé par l’intermédiaire de l’atome d’oxygène de la chaîne latérale d’une sérine ou d’une thréonine. Ces deux types de glycosylation peuvent se retrouver simultanément sur une même protéine (comme par exemple, les récepteurs de la famille Notch). 79 Substrat donneur CMP-NeuAc GDP-Fuc UDP-Gal UDP-GlcNac UDP-GalNac GDP-Man Liaisons formées entre sucre donneur et sucre accepteur α2,3 ; α2,6 ; α2,8 α1,2 ; α1,3 ; α1,4 ; α1,6 β1,3 ; β1,4 ; α1,3 β1,2 ; β1,4 ; β1,6 α1,3 ; β1,4 α1,2 ; α1,3 ; α1,4 ; α1,6 ; β1,4
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