1. Introduction

2. La O-glycosylation

3. La N-glycosylation

4. Rôle du dolichol phosphate dans la N-glycosylation

5. Synthèse de l'oligosaccharide lié au dolichol-pyrophosphate et CDG I ("congenital disorder of glycosylation I")

6. L'oligosaccharyl transférase

7. Liens Internet et références bibliographiques

1. Introduction

La glycosylation est la modification post-traductionnelle qui ajoute des sucres. Les protéines glycosylées sont destinées à être sécrétées ou intégrées à la membrane plasmique.

La glycosylation est trouvée chez tous les eucaryotes et a été récemment mise en évidence chez les bactéries.

Les chaînes polysaccharidiques sont souvent ramifiées et la partie glucidique des protéines glycosylées varie, en poids, de 1 à 50% de la masse de l'ensemble.

La détermination de la structure des glycoprotéines est actuellement l'un des travaux les plus difficiles. La raison en est simple : chaque ose possède plusieurs hydroxyles libres et chacun peut établir une liaison avec un autre ose ou un autre composé. Ainsi, le nombre de polysaccharides qui peut être formé est immense : par exemple, avec seulement trois oses, il existe plusieurs centaines de configurations.

Les chaînes d'oses sont liées aux protéines par des liaisons O-glycosidiques ou N-glycosidiques selon leur site d'ancrage. Les chaînes liées par des liaisons O-glycosidiques sont plus courtes (1 à 3 résidus d'oses) et plus variables que celles liées par des liaisons N-glycosidiques qui peuvent former des arborescences.

La glycosylation a lieu dans le réticulum endoplasmique.

La terminaison des chaînes de glycanes (hydrolyse de la de la cupule de glucides initiaux, branchements, allongement des chaînes) est faite dans l'appareil de Golgi.

L'ensemble des glycanes ajoutés aux protéines forme le glycome.

Les principaux saccharides ajoutés dans les chaînes branchées de glycane sont : N-acétylglucosamine, mannose, fucose, acide N-acétylneuraminique (acide sialique), xylose, galactose, glucose, N-acétylgalactosamine.

Le degré de complexité des glycanes ajoutés va de paire avec l'évolution de l'organisme considéré.

Source : Marth & Grewal (2008)

• la N-acétyl galactosamine et l'oxygène du groupement hydroxyle de la sérine ou de la thréonine (figure ci-contre)

• le galactose et l'oxygène du groupement hydroxyle d'un résidu hydroxylysine du collagène

La O-glycosylation est catalysée par des glycoprotéines glycosyltransférases.

Les résidus de sucre sont ajoutés directement sur les acides aminés cibles, les uns après les autres et sous forme activée, c'est-à-dire, liés à un nucléotide.

La N-glycosylation est un évènement qui se déroule pendant la traduction.

Les oses sont fixés à l'azote du groupement amide de l'asparagine.

Le sucre immédiatement attachés à l'asparagine est la N-acétylglucosamine.

Les molécules de la famille des tunicamycines sont des analogues structuraux de sucre-nucléotide et sont produites par différentes espèces de Streptomyces.

Chez les eucaryotes, elles inhibent l'UDP-N-acétylglucosamine : dolichol phosphate - Glc/NAc-1-P transférase qui catalyse la N-glycosylation de l'asparagine initiale.

Chez les bactéries, elles inhibent l'UDP-N-acétylmuramoyl-pentapeptide : undécaprenol phosphate - Mur/NAc-pentapeptide-1-P transtransférase qui catalyse une étape précoce de l'assemblage des peptidoglycanes de la paroi cellulaire.

Les enzymes de la N-glycosylation sont :

• les glycosidases (la glucosyltransférase, l'UDP–glucose : glycoprotéine glucosyltransférase ou UGGT))
• les glycosyltranférases (glucosidases I et II, mannosidase I).
• des protéines qui interviennent dans le Golgi : un transporteur (antiport qui échange un [ose / nucléotide diphosphate] contre un nucléotide monophosphate) et la nucléotide diphosphatase

Exemple d'enzymes de déglycosylation :

• mannosidase 2 : formation du glycane (hydrolyse partielle de la cupule de glycanes) et N–acétylglucosaminetransférase (maturation du glycane en dictant le type de branchement des nouveaux sucres greffés)

• endoglycosidases D, F, F1, F2, F3, (β-N-acétyl-glucosaminidase).

• endoglycosidase H (β-N-acétyl-glucosaminidase - EC 3.2.1.96) : hydrolyse la liaison N-osidique avant la dernière N-acétyl-glucosamine du glycane attachée à une asparagine de la protéine.

• α-neuraminidase, β-galactosidase, fucosidase, heparanase.

Source : Sigma - Aldrich

4. Rôle du dolichol phosphate dans la N-glycosylation

La N-glycosylation nécessite un intermédiaire : le dolichol phosphate (polymère hydrophobe membranaire).

Il est lié au premier ose de l'arborescence par un groupe diphosphate.

5. Synthèse de l'oligosaccharide lié au dolichol-pyrophosphate et CDG I (congenital disorder of glycosylation I) - Dupré et al. (2004)

Les 7 premières réactions se déroulent sur la face cytosolique de la membrane du réticulum endoplasmique (RE) (partie gauche de la figure ci-dessous).

Les monosaccharides sont d'abord activés dans le cytosol en :

• UDP-N-acétylglucosamine [UDP-GlcNAc]
• GDP- mannose [GDP-Man]

Ils sont ensuite greffés au dolichol-phosphate (dol-P).

cercle jaune : nom du gène codant pour l'enzyme responsable de chaque étape

carré bleu : étapes dont le déficit enzymatique est responsable des CDG (Ia à Ih)

ALG : "asparagine linked glycosylation"

PMM : phosphomannomutase

PMI : phosphomannose isomérase

DPM : dolichyl-phosphate mannosyl transférase 1

MPDU1 : mannose-phosphate dolichol utilization defect 1

Source figure : Dupré et al. (2004)

Les réactions suivantes ont lieu dans la lumière du RE et utilisent le dolichol phospho-mannose (dol-P-Man) et le dolichol phospho-glucose (dol-P-Glc) comme donneurs d'oses.

L'oligosaccharyl transférase (OST) transfère l'oligosaccharide [Glc₃ - Man₉ - GlcNAc₂] du dolichol pyrophosphate sur une asparagine inclue dans une séquence consensus Asn-X-Ser/Thr d'un polypeptide en cours de biosynthèse dans la lumière du RE.

6. L'oligosaccharyl transférase

L'oligosaccharyl transférase (EC 2.4.1.119) de la levure est constituée de 9 sous-unités dont 3 (Ost1p, Wbp1p et Stt3p) sont elles-mêmes N-glycosylées.

Ci-contre, la sous-unités Ost4p de l'oligosaccharyl transférase de Saccharomyces cerevisiae (Zubkov et al. - 2003).

Ost4p est une protéine "minimembranaire" constituée de seulement 36 acides aminés.

Code accès : MMDB 26922 - Code accès : PDB 1RKL

Image générée avec Cn3D 4.1

Schéma du rôle de la sous-unité Ost4p : elle agirait comme un pont moléculaire médiant les interactions entre les sous-unités Ost3p et Stt3p.

Source figure : Kim et al. (2003)

Dupré et al. (2004) "Les anomalies congénitales de glycosylation des N-glycosylprotéines" Médecine sciences 20