Pr Jean Luc OLIVIER2013-2014

Les complexes- des glucides avec les lipides (glycolipides)- des glucides avec les protéines

(glycoprotéines, glycosaminoglycanes)

2ème partie : les glycoprotéines

Plan du cours

1- Les glycolipides

3- Les glycosaminoglycanes et protéoglycanes

2- Les glycoprotéines

2.1. structure générale2.2. synthèse et dégradation2.3. Fonctions physiologiques et implication en pathologie: exemples

3.1. structure générale3.2. synthèse et dégradation3.3. Fonctions physiologiques et implication en pathologie: exemples

1.1. structure générale1.2. synthèse et dégradation1.3. Fonctions physiologiques et implication en pathologie: exemples

2.1. structure générale- O- et N-glycosylation- Les différentes chaînes osidiques

2.2. synthèse et dégradation- Processus de glycosylation des protéines- Rôles du réticulum et du golgi- Dégradation des glycoprotéines, rôle des lysosomes

2.3. Fonctions physiologiques et implication en pathologie

Grande diversité des chaînes osidiques, 8 oses principalement représentés:- Galactose (Gal)- Glucose (Glc)- Mannose (Man)- Acide N-acétyl-neuraminique (sialique) (NeuAc)- Fucose (Fuc)- N-Acétylgalactosamine (GalNAc)- N-acétylglucosamine (GlcNAc)- Xylose (Xyl)

A quoi servent ces chaînes osidiques ?Pourquoi sont elles très diverses?

Les glycoprotéinesStructure générale: composition des chaines glucidiques

Glycoprotéines = protéines avec chaînes osidiques

Beaucoup de protéines sont des glycoprotéines

Grande diversité: protéines solubles, protéines membranaires

Fonctions très diverses: enzymes, hormones, protéines de transport,

Les chaînes glucidiques sont fixées aux protéines par l’intermédiaire des résidus Asparagine (liaison N-glycosidique) ou des résidus Ser et Thr (liaison O-glycosidique)

Liaison N-glycosidique

GlcNAc

-Asn-X-Ser/Thr

Liaison O-glycosidique

GalNAc

-Ser ou Thr

Les glycoprotéinesStructure générale: N- et O- glycosylations

Il y a 3 types de chaînes N-glycosidiques, avec un noyau constant

riches en mannose

Man

Man

Man

Man

Man

Man

Man

Man Man

Asn

GlcNAc

GlcNAc

Man

Man Man

Man Man

Asn

GlcNAc

GlcNAc

GlcNAc

Gal

hybrides

Man

Asn

GlcNAc

GlcNAc

Man

GlcNAc

Sia

Gal

Man

GlcNAc

Sia

Gal

complexes

Comment (et où) sont synthétisées/transférées ces chaines osidiques?

Les glycoprotéinesStructure: les chaines N-glycosidiques

Il y a aussi un noyau constant dans les chaînes O-osidiques(branchement sur Ser ou Thr)

Ser/Thr

GalNAc

Gal

Galβ1,3GalNACαSer/Thr

Galactose (anomère β)β 1

↓ 3

N-Acétylgalactosamine

(anomère α)

Les glycoprotéinesStructure: les chaines O-glycosidiques

La N-glycosylation des protéines commence dans le réticulum endoplasmique pendant que la protéine est synthétisée

Les glycoprotéinesSynthèse: les chaines N-glycosidiques

5’P 3’OH

N

C

N

C

Asn

N

C

Asn

Chaineosidique

ARNm

Réticulumendoplasmique

(rugueux)

Cytosol

La synthèse et le transfert des chaînes N-osidique

se font grâce à un lipide: le dolichol

Une chaîne de composition toujours identique est synthétisée

Lipide dérivé du cholestérolRépétition du motif isoprène)

GroupepyrophosphateDolichol et ose

activépar nucléotides

Chaineosidique

Motifisoprène

Les glycoprotéinesSynthèse: les chaines N-glycosidiques

C = C–C–C–C=C–C–C–C–C–C–O–P–P–O–GlcNAc–GlcNAc–ManH

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

CH3CH3

3HC

3HC 15-18

Man

Man

Man

2

2

Man3

Glc3

Man=MannoseGlcNAc=N-acétyl glucosamine

La chaîne osidique comportant NAcGlc, Man et Glc est transféréed’un bloc du dolichol à l’asparagine de la protéine

Site « consensus » Asn-X-Ser/ Thr , X≠ Pro, Asp, Glu

Les glycoprotéinesSynthèse: les chaines N-glycosidiques

5’P 3’OH

N

C

Asn

ARNm

Réticulumendoplasmique

(rugueux)

Cytosol

PP

N-acétyl-glucosamine

Mannose

Glucose

5’P 3’OH

N

C

Asn

ARNm

Réticulum endoplasmique

PP

RESULTATS- Une protéine peut comporter plusieurs site de glycosylation (ser/ther ou Asn-X-Ser) avec des chaînes différentes- Un même site dans une protéine donnée peut porter des chaînes différentes dans différents types cellulaires ou dans un type cellulaire selon l’environnement de la cellule ou le moment

Les étapes ultérieures

Action de glycosidases pour enlever les glucoses et certains mannoses

Action de glycosyl-transférases pour ajouter différents oses

Formation des chaînes les plus complexes

Les glycoprotéinesSynthèse: les chaines N-glycosidiques

Réseau cis Golgi (cis Golgi network):Phosphorylation des Mannoses

Réseau trans golgi: sulfatation

Citerne médiane:Addition de GlcNAc

Citerne trans:addition de Gal et Sia

Citerne cis et médiane:Enlèvement des Mannoses

Les chaînes N- et O-osidiquessont synthétisées à partir

de sucres complexés avec desnucléotidiques (UDP ou GDP)

Les glycoprotéinesGéographie intracellulaires de la synthèse

des chaines N-glycosidiques

Il y a aussi un noyau constant dans les chaînes O-osidiques(branchement sur Ser ou Thr)

Ser/Thr

GalNAc

Gal

Galβ1,3GalNACαSer/Thr

Galactose (anomère β)β 1

↓ 3

N-Acétylgalactosamine

(anomère α)

La O-glycosylation est plus simple et se déroule dans le Golgi

Les glycoprotéinesSynthèse: les chaines O-glycosidiques

Comment assurer diversité et spécificité?

Pas de matrice à copier (ADN, ARN)

La synthèse des chaînes osidiques est assurées par

- des glycosyl-transférases

- des glycosidases (quand certains oses sont enlevés)

Les chaînes osidiques des glycoprotéines et glycolipidesportent un message (une fonction)

La diversité des fonctions et leur spécificitéest le produit de la diversité des chaines osidiques

Les glycoprotéinesMécanisme de diversité et spécificitéde la synthèse des chaines osidiques

Mécanismes de spécificité des glycosyl transférases

1- Le niveau d’expression des glycosyl-transférases différent suivant le type cellulaire, Coordination possible du niveau d’expression d’une glycosyl- transférase avec son substrat

2- spécificité pour la protéine ou le peptide: seulement une minorité d’enzymes, reconnaissance du site de glycosylation sur la protéine

3- séquestration: la conformation de la protéine (et de la chaîne osidique acceptrice restreint l’accès de la chaîne à certaines transférases

Une glycosyl transférase branche un ose donné sur un anomèreaccepteur donné avec un type de liaison donnée

Les glycoprotéinesMécanisme de diversité et spécificitéde la synthèse des chaines osidiques

L’hormone chorio-gonadotrophique (HCG) intervient dans l’évolutionde la grossesse (détection de la grossesse) et comporte 2 chaînes α et β

qui sont N-glycosylées

N-acétylgalactosamine(β 1 → 4)

Asn-X-SerH2N COOHPro-X-Arg/Lys9 ac. am.

N-Acétyl-Galactosamine transférasedes hormones glycoprotéiques

Mutation desacides aminés

Suppression de l’action de laNac-Gal transférase

Les glycoprotéinesExemple de l’hormone HCG et

d’une glycosyl-transférase peptide-spécifique

Les lysosomes sont des organites de dégradation (pH intérieur acide) desmolécules ou complexes moléculaires à l’intérieur de la cellule.Ils sont formés à partir du golgi et contiennent les enzymes de dégradation(hydrolases) agissant à pH acide

Les chaînes osidiques sont dégradées par des exo et endo-glycosidases.Les groupes sulfates sont éliminés par des sulfatases

exocytose

Les glycoprotéinesDégradation des glycoprotéines: rôle des lysosomes

Fonctions des chaînes osidiques des glycoprotéines:

- Reconnaissances antigéniques

- Reconnaissances cellules hôtes-agents infectieux

- Reconnaissance intercellulaires

- Reconnaissance récepteur-ligand

- Modulation de l’activité enzymatique

La diversité des fonctions et leur spécificitéest le produit de la diversité des chaines osidiques

Les glycoprotéinesFonctions physiologiques et implication en pathologie

COO-

CH3

C

C

C

C

C

O

H

OH

HN

H

H

H

H

OH

C

C

HOCH2

H

OH

OH

H

CO

Acide sialiqueou N-acétyl neuraminique

Une protéine d’enveloppe (hémagglutinine) des virus de la grippe reconnaît l’acide sialique des glycoprotéines de la cellule hôte (liaisons hydrogènes)

Les glycoprotéinesFonctions physiologiques et implication en pathologie

exemple des virus influenza (grippe)

Les chaines glucidiques sont propres aux espèces:le changement d’affinité de l’hémagglutinine des virus influenza

explique le passage d’une espèce à une autre

Les glycoprotéinesImplication en pathologie : exemple des virus des grippes

N-acétyl-glucosamine

Galactose

Acide N-acétyl-neuraminique(sialique)

α 2 → 6α 2 → 3ReconnaissanceHémagglutinine

virus aviaire

ReconnaissanceHémagglutinine

virus humain

Les hétéropolysaccharides conjugués aux protéines et lipidesRôle des chaînes osidiques: Exemple de la LCAT

sang : Lécithine Cholestérol

Acyl-Transférase (LCAT)

CholestérolNon estérifié

Cholestérolestérifié

lysoPC

Albumine

Foie

H1

2

3

4

5

67

8910

1112

13

14 15

18

19

23

1617

24 25

26

27

21 20 22

A B

C D

C-OO

=

Fonctions physiologiques des glycoprotéinesRégulations des activités enzymatiques, exemple de la LCAT

Phosphatidylcholines (lécithines)saturé

insaturé CH3

O - CH2 - CH2 - N+ CH3

CH3

CH2O - COO CH CH2O- P

O-

CO - =

O

Karmin O et coll. 1993 Biochem J, 294, 879-884

4 sites de N-glycosylation

Glucides = 25% de la masse totale de l’enzyme

↓90% (10% de l’activité initiale)

H2N COOH20 84 272 3841 416

↓18% ↓62% ↓82% ↑200%

Mutation Mutation Mutation Mutation

Effets des chaînes glycosidiques sur l’activité enzymatique de la LCAT

Mutation des 4 sites

Fonctions physiologiques des glycoprotéinesRégulations des activités enzymatiques, exemple de la LCAT

- Beaucoup de protéines sont des glycoprotéines

- Il existe deux types de liaisons des chaînes glycosidiques

aux protéines, les N- et O-glycosylations

- Il existe une grande diversité des chaines osidiques des

glycoprotéines mais il existe des « noyaux » constants

- La diversité de fonctions biologiques reposent sur la diversité

des chaines osidiques

- La diversité et spécificité des chaines osidiques reposent

sur le rôle des glycosyltransférases et glycosidases mais les

mécanismes sont encore mal connus

Les glycoprotéinesConclusions