Glycosylation N-liée
On décembre 18, 2021 by admin
La biosynthèse des glycanes N-liés se fait via 3 étapes majeures :
- Synthèse de l’oligosaccharide précurseur lié au dolichol
- Transfert en bloc de l’oligosaccharide précurseur à la protéine
- Traitement de l’oligosaccharide
La synthèse, le transfert en bloc et le rognage initial de l’oligosaccharide précurseur se produisent dans le réticulum endoplasmique (RE). Le traitement et la modification ultérieurs de la chaîne oligosaccharidique sont effectués dans l’appareil de Golgi.
La synthèse des glycoprotéines est donc spatialement séparée dans différents compartiments cellulaires. Par conséquent, le type de N-glycane synthétisé, dépend de son accessibilité aux différentes enzymes présentes au sein de ces compartiments cellulaires.
Cependant, malgré cette diversité, tous les N-glycanes sont synthétisés par une voie commune avec une structure de glycane de base commune.La structure de glycane de base est essentiellement constituée de deux résidus N-acétyl glucosamine et de trois résidus mannose. Ce glycan de base est ensuite élaboré et modifié davantage, ce qui donne lieu à une gamme diverse de structures de N-glycan.
Synthèse de l’oligosaccharide précurseurEdit
Le processus de glycosylation N-liée commence par la formation d’un sucre GlcNAc lié au dolichol. Le dolichol est une molécule lipidique composée d’unités isoprènes répétitives. Cette molécule se trouve attachée à la membrane du RE. Les molécules de sucre sont attachées au dolichol par une liaison pyrophosphate (un phosphate était à l’origine lié au dolichol, et le second phosphate provenait du sucre nucléotidique). La chaîne oligosaccharidique est ensuite étendue par l’ajout de diverses molécules de sucre de manière progressive pour former un oligosaccharide précurseur.
L’assemblage de cet oligosaccharide précurseur se déroule en deux phases : Phase I et II. La phase I a lieu du côté cytoplasmique du RE et la phase II a lieu du côté luminal du RE.
La molécule précurseur, prête à être transférée à une protéine, est constituée de 2 GlcNAc, 9 mannoses et 3 molécules de glucose.
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| Phase II | |
est le donneur de résidus de Mannose(formation : Dol-P + GDP-Man → Dol-P-Man + GDP) et Dol-P-Gluc est le donneur de résidus de glucose (formation : Dol-P + UDP-Glc → Dol-P-Glc + UDP).
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Transfert du glycan à la protéineModification
Une fois l’oligosaccharide précurseur formé, le glycan complété est ensuite transféré au polypeptide naissant dans la lumière de la membrane du RE. Cette réaction est pilotée par l’énergie libérée par le clivage de la liaison pyrophosphate entre la molécule de dolichol-glycane.Il y a trois conditions à remplir avant qu’un glycan soit transféré à un polypeptide naissant :
- L’asparagine doit être située dans une séquence consensus spécifique de la structure primaire (Asn-X-Ser ou Asn-X-Thr ou dans de rares cas Asn-X-Cys).
- L’asparagine doit être située de manière appropriée dans la structure tridimensionnelle de la protéine (Les sucres sont des molécules polaires et doivent donc être attachés à l’asparagine située à la surface de la protéine et non enfouie dans la protéine)
- L’asparagine doit se trouver du côté luminal du réticulum endoplasmique pour que la glycosylation N-liée soit initiée. Les résidus cibles se trouvent soit dans les protéines sécrétoires, soit dans les régions des protéines transmembranaires qui font face à la lumière.
L’oligosaccharyltransférase est l’enzyme responsable de la reconnaissance de la séquence consensus et du transfert du glycan précurseur à un accepteur polypeptidique en cours de traduction dans la lumière du réticulum endoplasmique. La glycosylation N-liée est donc, est un événement cotranslationnel
Traitement du glycanEdit
Le traitement du N-glycane est effectué dans le réticulum endoplasmique et le corps de Golgi. Le rognage initial de la molécule précurseur a lieu dans le RE et le traitement ultérieur a lieu dans le Golgi.
Lors du transfert du glycan complété sur le polypeptide naissant, deux résidus de glucose sont retirés de la structure. Des enzymes appelées glycosidases retirent certains résidus de sucre. Ces enzymes peuvent rompre les liaisons glycosidiques en utilisant une molécule d’eau. Ces enzymes sont des exoglycosidases car elles ne travaillent que sur les résidus monosaccharides situés à l’extrémité non réductrice du glycan. On pense que cette étape initiale d’élagage agit comme une étape de contrôle de qualité dans le RE pour surveiller le repliement des protéines.
Une fois que la protéine est correctement repliée, deux résidus de glucose sont éliminés par les glucosidases I et II. L’élimination du troisième résidu de glucose final signale que la glycoprotéine est prête à passer du RE au cis-Golgi. La mannosidase du RE catalyse l’élimination de ce dernier glucose. Cependant, si la protéine n’est pas correctement repliée, les résidus de glucose ne sont pas éliminés et la glycoprotéine ne peut donc pas quitter le réticulum endoplasmique. Une protéine chaperon (calnexine/calréticuline) se lie à la protéine dépliée ou partiellement repliée pour aider au repliement de la protéine.
L’étape suivante implique l’ajout et l’élimination supplémentaires de résidus de sucre dans le cis-Golgi. Ces modifications sont catalysées respectivement par des glycosyltransférases et des glycosidases. Dans le cis-Golgi, une série de mannosidases élimine tout ou partie des quatre résidus de mannose dans les liaisons α-1,2. Tandis que dans la partie médiane du Golgi, les glycosyltransférases ajoutent des résidus de sucre à la structure centrale du glycan, donnant naissance aux trois principaux types de glycanes : les glycanes à haute teneur en mannose, hybrides et complexes.
- Le haut-mannose n’est, pour l’essentiel, que deux N-acétylglucosamines avec de nombreux résidus de mannose, souvent presque autant que ce que l’on observe dans les oligosaccharides précurseurs avant sa fixation à la protéine.
- Les oligosaccharides complexes sont ainsi nommés parce qu’ils peuvent contenir presque n’importe quel nombre des autres types de saccharides, y compris plus que les deux N-acétylglucosamines initiales.
- Les oligosaccharides hybrides contiennent un résidu de mannose d’un côté de la branche, tandis que de l’autre côté, une N-acétylglucosamine initie une branche complexe.
L’ordre d’addition des sucres aux chaînes de glycanes en croissance est déterminé par les spécificités du substrat des enzymes et leur accès au substrat lors de leur déplacement dans la voie sécrétoire. Ainsi, l’organisation de cette machinerie au sein d’une cellule joue un rôle important dans la détermination des glycanes fabriqués.
Enzymes du GolgiEdit
Les enzymes du Golgi jouent un rôle clé dans la détermination de la synthèse des différents types de glycanes. L’ordre d’action des enzymes est reflété par leur position dans la pile de Golgi :
| Enzymes | Localisation dans le Golgi |
|---|---|
| Mannosidase I | cis-…Golgi |
| GlcNAc transférases | Golgi médian |
| Galactosyltransférase et Sialyltransférase | trans-.Golgi |
Chez les archées et les procaryotesEdit
Des voies de biosynthèse des N-glycanes similaires ont été trouvées chez les procaryotes et les archées. Cependant, par rapport aux eucaryotes, la structure finale des glycanes chez les eubactéries et les archées ne semble pas différer beaucoup du précurseur initial fabriqué dans le réticulum endoplasmique. Chez les eucaryotes, l’oligosaccharide précurseur initial est largement modifié en route vers la surface cellulaire.
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