Glucides
Glycosylation : vue d'ensemble

Vue d'ensemble de la glycosylation

1. La majorité des glycoconjugués sont constitués par :

• des glycoprotéines, en particulier membranaires, ou des glycopeptides,
• des peptidoglycanes,
• des glycolipides,
• des lipopolysaccharides.

Remarque : selon l'IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), l'appelation " C-glycoside " est un terme impropre. Le terme préféré est " composé C-glycosylé ".

2. Un donneur de glycosyle est un mono- ou un oligosaccharide glucidique qui va réagir avec un accepteur de glycosyle approprié pour former une nouvelle liaison glycosidique ( tableau).

a. Par convention, le donneur est le membre de cette paire qui contient le carbone anomérique résultant de la nouvelle liaison glycosidique.

b. Les donneurs de glucides sont :

• les nucléotides-oses en général,
• le dolichol phosphate.

3. Un accepteur de glycosyle est une molécule contenant un nucléophile approprié qui réagira avec un donneur de glycosyle pour former une nouvelle liaison glycosidique.

a. Par convention, l’accepteur est le membre de cette paire qui ne contient pas le carbone anomérique résultant de la nouvelle liaison glycosidique.

b. Le groupement acide est l'hydrogène libre ($\ce{-H}$) d'une molécule autre que l'ose, i.e. ($\ce{R-OH}$) appelée aglycone, qui peut être :

• un alcool ($\ce{-OH}$), i.e. formation d'un O-glycoside ou O-glycane,
• une amine ($\ce{-NH2}$), i.e. formation d'un N-glycoside ou N-glycane,
• un thiol ($\ce{-SH}$), i.e. formation d'un S-glycoside ou S-glycane,
• un carbone d'une autre molécule plus rarement, i.e. formation d'un C-glycosyle ou C-glycane.

4. Pour transférer une unité glycosyle d'un donneur à un accepteur, il faut une réaction exergonique qui est effectuée le plus souvent par les nucléotides-oses, sous l'effet des glycosyltransférases (EC 2.4.).

Localisation cellulaire de la glycosysation

Vue d'ensemble

1. Dans les cellules eucaryotes, la plupart des protéines de surface cellulaire et sécrétées subissent une translocation co-traductionnelle (cotranslational en anglais) dans le réticulum endoplasmique (RE) où elles sont repliées, modifiées et soumises à des mécanismes de contrôle de la qualité (The Benefits of Cotranslational Assembly: A Structural Perspective 2019 et Entry into the Endoplasmic Reticulum: Protein Translocation, Folding and Quality Control 2013).

a. La translocation co-traductionnelle, i.e. l'insertion dans la lumière ou la membrane du RE, étant concomitante à la synthèse protéique, la translocation post-traductionnelle a lieu après la synthèse complète du polypeptide.

b. Dans les deux cas, la réaction de translocation implique :

• l'identification et le ciblage des protéines vers le RE,
• l'association des protéines à la machinerie de translocation du RE, y compris un pore par lequel les protéines pénètrent dans le RE,
• l'importation énergétiquement dépendante des protéines dans la lumière ou la membrane du RE,
• le repliement et la maturation des protéines dans le RE.

2. Les protéines sont transférées, via l'ERGIC (Endoplasmic-Reticulum–Golgi Intermediate Compartment) à travers plusieurs piles de l'appareil de Golgi, puis, à partir du réseau trans-Golgi (TGN), incorporées dans des vésicules de sécrétion qui assurent le transport des glycoprotéines vers leurs différentes destinations comme les endosomes, les lysosomes, la membrane plasmique ou l'espace extracellulaire.

L'orientation vers tel ou tel site cellulaire implique la reconnaissance de la partie glycanique de la glycoprotéine. Par exemple, le mannose-6-phosphate (M6P) est nécessaire à l'incorporation des enzymes à l'intérieur des lysosomes.

Processus de glycosylation

Les protéines de la voie sécrétoire peuvent être modifiées par plusieurs processus :

• glycosylation, i.e. N-glycosylation et O-glycosylation principalement, et/ou modifiées avec des ancres de glycosylphosphatidylinositol (GPI),
• l'attache de chaînes glycosaminoglycanes (GAG), comme pour les protéoglycanes.

1. Les enzymes impliquées dans chacune de ces voies de modification sont différentes.

a. Les glycanes N-liés et les ancres GPI sont pré-assemblés avant d'être transférés en un bloc vers les protéines, puis modifiés dans la voie RE-Golgi.

b. L'assemblage par étapes de glycanes et de glycosaminoglycanes O-liés, ainsi que la glycosylation des lipides, impliquent des réactions à la fois dans les RE et le Golgi.

• Les O-glycanes sont initiés par l'ajout d'un seul monosaccharide à une sérine ou la thréonine.
• Les glycosaminoglycanes sulfatés sont initiés par l'ajout de lien tétrasaccharidique suivi par l'élongation.
• Les glycosphingolipides les plus courants sont initiés par l’ajout de glucose à un céramide sur la face externe des compartiments RE-Golgi, et le glycane est ensuite retourné dans la lumière pour être allongé.

2. Dans la voie RE-Golgi, la plupart des glycanes sont ajoutés à l'intérieur du RE ou du Golgi.

Certaines chaînes de glycanes sont fabriquées sur la face cytoplasmique des membranes intracellulaires et retournent de l'autre côté.

3. D'autres voies, i.e. nucléaire et cytosolique, sont aussi actives et les considérations topologiques sont inversées, car les sites actifs des glycosyltransférases concernées pour ces réactions sont confrontés au cytoplasme.

• Les types de glycanes trouvés sur les deux côtés de la membrane cellulaire jusqu'à présent semblent être distincts l'un de l'autre.
• Certaines protéines destinées à l'espace extracellulaire n'entrent jamais dans la lumière du RE, mais sont transférées directement à travers la membrane plasmique, par des mécanismes encore mal définis, y compris des cytokines telles que l'IL-1 et l'IL-18, des facteurs de croissance tels que le facteur de croissance 2 (FGF2) et les galectines.

La plupart de ces protéines ont des propriétés de liaison au glycane, ce qui causerait probablement des problèmes si elles traversaient plutôt la voie RE-Golgi riche en glycanes.

Propriétés des molécules acquises par la glycosylation

La glycosylation, forme de modification post-traductionnelle pour la N-glycosylation et co-traductionnelle pour la O-glycosylation, transforme les propriétés physiques des protéines en modifiant leur solubilité, leur stabilité et leur charge.

1. Elle permet la diversification des protéines (protéome) en faisant varier :

• le site de la liaison glycosidique,
• les types de glucides liés à une protéine donnée,
• la structure ramifiée ou non des glucides,
• la longueur des glucides, courte ou longue.

2. Les groupes glucidiques des glycoprotéines permettent de :

• cibler les protéines,
• reconnaître d'autres protéines ou d'autres cellules,
• intervenir au niveau de la membrane plasmique par le glycocalix, structure péricellulaire particulièrement résistante aux enzymes mucolytiques et protéolytiques, qui assure de nombreuses fonctions.

Différentes glycosylations

Les différentes glycosylations sont :

• la N-glycosylation, la plus répandue des glycosylations,
• la O-glycosylation,
• la C-glycosylation.