Lipides
Lipides complexes : phospholipides
Glycosylphosphatidylinositol (GPI) et ancres GPI

Toutefois, les GPI peuvent être libres.

Structure des ancres GPI

La structure de base est la suivante, l'exemple le plus souvent évoqué est l'ancrage GPI à l'acétylcholinestérase (AChE) des érythrocytes.

1. Le groupe phosphatidylinositol (PtdIns ou PI) est lié par ces deux acides gras au feuillet externe des membranes.

a. La fraction lipidique des GPI-AP de mammifères présente deux caractéristiques uniques par rapport au PtdIns libre cellulaire, à partir duquel le GPI est généré.

• La forme 1-alkyl-2acyle ($\ce{CH2-O-CH=CH-R}$ est prépondérante tandis que le PtdIns libre est principalement sous forme diacyle ($\ce{CH2-O-C(=O)-R}$).
• L'acide gras en sn-2 dans les GPI-AP est principalement de l'acide stéarique (C18:0), i.e. à chaîne saturée (SFA), tandis que le PtdIns libre contient principalement de l'acide arachidonique, une chaîne polyinsaturée (C20:4).

b. Les deux acides gras sont en général saturés dans une grande majorité des GPI-AP, structure étroitement liée à deux propriétés uniques des GPI-AP, à savoir l'association avec les microdomaines membranaires et homodimérisation transitoire ( remodelage des GPI).

Remarque : on peut trouver quelquefois un acide gras, le plus souvent 16:0 lié au carbone 2 du noyau inositol, qui permet, par exemple, l'inhibition de l'enzyme de clivage de la phospholipase C.

2. Un pont glycosyle complexe est formé par :

• une glucosamide non acétylée (GlcN), i.e. caractéristique unique contrairement aux autres glycolipides complexes qui peuvent être aussi sulfatés ( glycoaminoglycanes),
• trois hexoses, i.e. mannoses,

a. Le noyau glycane est donc composé, en général, par Man(α1-2)Man(α1-6)Man(α1-4)GlcN(α1-6)-myo-inositol.

b. Toutefois, on peut trouver des molécules supplémentaires, i.e. :

• certains mannoses (1 et 2), peuvent aussi porter une phosphoéthanolamine (EtNP) en 6,
• le mannose 3 peut porter un quatrième mannose par un lien α2-1,
• une N-acétylgalactosamine (GalNAc) peut être lié au mannose 1 en 4, et même être prolongée par du galactose et de l'acide sialique.

3. Un phosphate attache cet ensemble à une éthanolamine dont l'extrémité C-terminale se lie par une liaison amide à la protéine, i.e. $\ce{R-NH-C(=O)-protéine}$.

Biosynthèse des ancres GPI

Le glycosylphosphatidylinositol (GPI) est synthétisé dans le réticulum endoplasmique (RE) et sont sous le contrôle des PIG (PhosphatidylInositol Glycan anchor biosynthesis) de différentes classes, i.e. PIG-A, PIG-B… PIG-Y.

1. Elle commence par le transfert de N-acétylglucosamine (GlcNAc) de UDP-GlcNAc au phosphatidylinositol par une monoglycosyltransférase, ou phosphatidylinositol N-acétylglucosaminyltransférase (EC 2.4.1.198) de 7 protéines, PIG-A, PIG-C, PIG-H, PIG-P, PIG-Q, PIG-Y, and DPM2, puis une désacétylation pour former un GlcN-PI par une désacétylase, PIG-L.

Le GlcN-PI est ensuite transloqué vers la face luminale par un mécanisme inconnu, vraissemblablement par une flippase.

Les autres oses sont alors transférés et conduisent à des configurations appelées :

• H7, i.e. EtNP-Man-Man-(EtNP)Man-GlcN-(acyl)PI, compétent pour l'attachement aux protéines,
• H8, i.e. EtNP-Man-(EtNP)Man-(EtNP)Man-GlcN-(acyl)PI, i.e. précurseur " mature " habituellement utilisé pour modifier les protéines.

2. H8 et H7 sont attachées de manière post-traductionnelle à l'extrémité C-terminale d'une protéine par transamidation (étape 12), via une transamidase à cinq protéines PIG.

a. Les préproprotéines des GPI-AP possèdent (An Active Carbonyl Formed during Glycosylphosphatidylinositol Addition to a Protein Is Evidence of Catalysis by a Transamidase 1995).  :

• une séquence signal N-terminale pour la translocation au réticulum endoplasmique (RE),
• une séquence signal C-terminale, i.e. site ω avec Ser, Asn, Asp, Gly, Ala et Cyst comme acide aminé essentiel à la fixation GPI (Prediction of potential GPI-modification sites in proprotein sequences 1999).

b. Les préproprotéines sont transloquées dans la lumière du RE et subissent une élimination du peptide signal N-terminal et une fixation au GPI.

Remodelage
des ancres GPI

Les GPI-AP naissantes formées par la GPI transamidase sont encore immatures et subissent au moins trois réactions de remodelage pour devenir matures, lors du transit vers la surface cellulaire.

1. Les deux premières réactions se produisent dans le réticulum endoplasmique (RE) :

• désacylation de l'inositol par PGAP1,
• élimination de la branche latérale EtNP liée au mannose 2 par PGAP5.

Puis, les GPI-AP sont transportées dans des vésicules COPII vers l'appareil de Golgi (Sorting of GPI-anchored proteins into ER exit sites by p24 proteins is dependent on remodeled GPI 2011).

• Les GPI-AP étant insérées uniquement dans le feuillet luminal de la membrane du RE, elles n'ont pas accès aux protéines d'enveloppe COPII cytoplasmiques et doivent utiliser un récepteur composé de quatre protéines p24, i.e. TMED9 (p24α2), TMED2 (p24²1), TMED5 (p24γ2) et TMED10 ou p24δ1 (The p24 family and selective transport processes at the ER—Golgi interface 2009).
• Les deux réactions précédentes sont nécessaires à cette liaison au récepteur.

2. Dans l'appareil de Golgi , les GPI-AP subissent un remodelage des acides gras générant des GPI-AP matures par les PGAP (Post-GPI Attachment to Proteins).

• Seul l'inositol ou la groupe phosphate d'inositol est dérivée du phosphatidylinositol cellulaire d'origine.
• Le 1-alkyl glycérol ou le phosphate du 1-alkyl glycérol provient d'un lipide donneur pour le remodelage lipidique qui se produit dans le RE.
• L'acide gras lié au sn-2, généralement l'acide stéarique (C18:0), est dérivé de l'acyl-CoA utilisé dans le remodelage des acides gras qui se produit dans l'appareil de Golgi.

Fonctions des ancres GPI

1. Les protéines à ancrage GPI (GPI-anchored proteins ou GPI-AP) ont de nombreuses fonctions :

• activité enzymatique, i.e. plus de 40 enzymes dont les PAL (phosphatases alcalines), la 5′-nucléotidase, les dipeptidases…
• signalisation,
• adhésion cellulaire, contactines, glypicans, CD48…
• récepteurs, i.e. récepteurs folate, récepteur GFRA (GDNF family receptor alpha) au GDNF (Glial cell line-derived neurotrophic factor),…
• inhibiteur de protéases, i.e. RECK,
• des transporteurs transcytotiques, i.e. GPIHBP1
• métabolisme et organisation spatio-temporelle des membranes cellulaires,
• réponses immunitaires, i.e. protéines régulatrices du complément, i.e. CD55 (Complement decay-accelerating factor) et CD59…

La modification GPI confère des protéines aux caractéristiques uniques :

• l'association avec des microdomaines membranaires ou des radeaux lipidiques enrichis en sphingolipides et en cholestérol (Fatty Acid Remodeling of GPI-anchored Proteins Is Required for Their Raft Association 2007),
• homodimérisation transitoire (Transient GPI-anchored protein homodimers are units for raft organization and function 2012),
• libération de la membrane par clivage dans le groupement GPI,
• tri dans les cellules polarisées.

2. L'ancrage GPI est essentiel pour :

• l'embryogenèse et le développement,
• la neurogenèse,
• la fécondation,
• le système immunitaire.

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