Glycosylation des protéines et glycohormones

Les protéines subissent, en aval de leur synthèse, des modifications chimiques souvent régies par des réactions enzymatiques, appelées « modifications post- traductionnelles » ou PTMs (de l’anglais « Post-Translational Modifications »). Ce terme désigne également, par extension, les modifications survenant lorsque la chaine peptidique est encore en cours de synthèse, et qui sont donc à proprement parler des modifications co-traductionnelles. Il existe de nombreuses PTMs différentes, de par la nature chimique des modifications ou leur localisation sur la protéine. Pas moins de 1493 modifications covalentes sont répertoriées dans la base de données de modifications publique Unimod en 2019. Ces modifications incluent, entre autres, le clivage de liaisons peptidiques (peptide signal, peptide C de la forme immature de l’insuline), et la modification covalente d’acides aminés particuliers par des groupements de natures variées, tels des phosphates (phosphorylation), groupements acétyle (acétylation) ou des polysaccharides (glycosylation et glycation). Elles peuvent être réversibles, alors souvent associées à des processus biologiques de régulation ou de signalisation, ou bien être irréversibles et dans ce cas potentiellement associées à des phénomènes de vieillissement cellulaire ou de dégradation (1). La glycosylation est un processus enzymatique (contrairement à la glycation qui est un processus passif) aboutissant à la liaison covalente d’une protéine et d’un mono- ou oligosaccharide. Il s’agit d’une famille de PTMs extrêmement courante retrouvée chez les organismes eucaryotes, pour lesquels on estime que la majorité des protéines sécrétées sont glycosylées (2), mais aussi sur les protéines synthétisées par les organismes du domaine bactérien (3), contrairement à ce qui fut longtemps admis. Ces modifications ont un impact sur la stabilité, la conformation, la fonction et les capacités d’interaction des glycoprotéines.

Les monosaccharides existent sous deux formes, linéaire ou cyclique (Figure 2). Lorsqu’ils adoptent une forme cyclique, ce sont des molécules hétérocycliques (leur cyclisation provoque l’intégration d’un hétéroatome d’oxygène au cycle carboné), poly-hydroxylées et chirales. L’orientation des groupements hydroxyles sur chaque carbone stéréogène (à environnement asymétrique) a un tel impact sur les propriétés du monosaccharide que chaque diastéréoisomère possède une identité et un nom qui lui est propre (Figure 3). Chaque monosaccharide sous forme linéaire possède un unique groupement aldéhydique dont la réactivité est conservée lors de la cyclisation (Carbone-1 hémiacétal). Ce carbone étant impliqué dans la liaison de formation des oligosaccharides, la majorité des polymères d’oses n’ont qu’une extrémité réductrice, généralement impliquée dans la liaison à la protéine glycosylée. Un polysaccharide, aussi appelé glycane, est le nom donné au polymère linéaire ou ramifié composé de monosaccharides (ou oses) reliés entre eux par des liaisons covalentes, dites « osidiques ».

Nomenclature

Les glycanes pouvant être ramifiés et de structure complexe, une nomenclature graphique appelée SNFG pour « Symbol Nomenclature for Glycans » s’est imposée au fil des années avec sa première édition publiée en 1999 dans la revue « Essentials of Glycobiology », révisée en 2004 et en 2015 pour sa troisième édition (5). Elle consiste en l’identification de chaque monosaccharide par des formes géométriques colorées, la forme géométrique indiquant généralement la structure du monomère, tandis que la couleur est une indication de sa stéréochimie (Figure 5). Aussi, les couleurs et les formes sont cohérentes entre les oses les plus communs : un cercle jaune représente un galactose (Gal), un carré jaune une N-acétylgalactosamine (GalNAc) et un carré bleu une N- acétylglucosamine (GlcNAc). dans le sens « extrémité(s) non réductrice(s) » → « extrémité réductrice ». Un trisaccharide linaire pourra ainsi s’écrire NeuAcα2-3Galβ1-3GalNAc. Si ses liaisons ou sa stéréochimie ne sont pas intégralement caractérisées, le sucre sera représenté graphiquement en utilisant les symboles SNFG non colorés ou en détaillant uniquement la composition du sucre, NeuAc1Gal1GalNAc1 ou HexNAc(1)Hex(1)NeuAc(1) dans le cas du sucre précédent.

Les structures des N-glycanes étant très conservées, la notation Oxford peut être utilisée car plus compacte : Pour les formes high-mannose on indique le nombre total de mannoses « K » sous la forme MK (par exemple, M9 correspond à un N-glycane à neuf mannoses), tandis que les formes complexes suivent la forme générale « FAXBGYSZ », avec « X » le nombre d’antennes, « Y » le nombre de galactoses et « Z » le nombre d’acides sialiques (acide N- acétylneuraminique, NeuAc ou NANA) terminaux. L’utilisation des lettres « F » et « B » indique respectivement la présence d’un fucose à la base du N-glycane, ou la bissection du core par une N-acétylglucosamine (située sur le mannose lié en β1-4. Les formes hybrides adoptent une notation similaire, indiquant à la fois le nombre total de mannoses et la composition des antennes .