La glycobiologie est l’étude de la structure, de la fonction et de la biologie des glycanes — les glucides complexes qui recouvrent les surfaces cellulaires et modifient les protéines et les lipides. Les glycanes sont essentiels pour la communication intercellulaire, la reconnaissance immunitaire, le repliement des protéines et de nombreux autres processus biologiques.

Glycosylation

La glycosylation est la fixation enzymatique de glycanes aux protéines ou aux lipides. C’est la modification post-traductionnelle la plus courante et la plus diversifiée, avec plus de la moitié de toutes les protéines humaines estimées être glycosylées. La glycosylation se produit principalement dans le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi.

N-Glycosylation

Les N-glycanes sont fixés à l’azote amide des résidus d’asparagine dans la séquence consensus Asn-X-Ser/Thr, où X est un acide aminé quelconque sauf la proline. Le processus commence dans le RE par le transfert d’un oligosaccharide précurseur pré-assemblé de 14 sucres à partir d’un transporteur de phosphate de dolichol vers le polypeptide naissant. Ce précurseur est ensuite élagué et modifié au fur et à mesure que la glycoprotéine traverse le RE et le Golgi.

Les N-glycanes partagent une structure centrale commune de deux résidus de N-acétylglucosamine et trois résidus de mannose. Ils sont classés en trois types : riches en mannose, complexes et hybrides, selon l’étendue du traitement. Les N-glycanes complexes se terminent souvent par des résidus d’acide sialique, de galactose ou de fucose.

O-Glycosylation

Les O-glycanes sont fixés à l’oxygène hydroxyle des résidus de sérine ou de thréonine. Contrairement à la N-glycosylation, les O-glycanes sont construits un sucre à la fois, en commençant par la N-acétylgalactosamine dans l’appareil de Golgi. Il n’y a pas de séquence consensus pour la O-glycosylation, bien que les régions riches en sérine, thréonine et proline soient préférées.

Les O-glycanes se trouvent sur les mucines, qui sont des protéines fortement glycosylées tapissant les voies respiratoires, digestives et reproductrices. Ces mucines assurent la lubrification et la protection contre les pathogènes. La modification O-GlcNAc, la fixation d’une seule N-acétylglucosamine à la sérine ou à la thréonine, se produit dans le noyau et le cytoplasme et fonctionne comme un capteur nutritionnel analogue à la phosphorylation des protéines.

Glycoprotéines et protéoglycanes

Les glycoprotéines portent un ou plusieurs glycanes attachés à leur squelette polypeptidique. Les glycanes influencent la structure des protéines, le repliement, la stabilité, le trafic et la liaison aux récepteurs. Les antigènes des groupes sanguins ABO sont déterminés par des structures glycaniques spécifiques sur les glycoprotéines de surface des globules rouges.

Les protéoglycanes sont constitués d’une protéine centrale avec une ou plusieurs chaînes de glycosaminoglycanes attachées de manière covalente, telles que l’héparane sulfate, le chondroïtine sulfate ou le kératane sulfate. Ils sont des composants majeurs de la matrice extracellulaire, où ils fournissent un soutien structurel, régulent la signalisation des facteurs de croissance et modulent l’adhésion cellulaire.

Glycanes dans la reconnaissance intercellulaire

Les glycanes de surface cellulaire fonctionnent comme des marqueurs de reconnaissance dans la communication intercellulaire. Les sélectines sur les cellules endothéliales se lient aux antigènes sialyl-Lewis X sur les leucocytes, médiant l’adhésion de roulement qui amène les cellules immunitaires aux sites d’inflammation. Des changements de glycanes se produisent à la surface des cellules cancéreuses, corrélant souvent avec le potentiel métastatique et l’échappement immunitaire.

Lectines

Les lectines sont des protéines de liaison aux glucides qui reconnaissent des structures glycaniques spécifiques. Elles médient l’adhésion cellule-cellule, le trafic intracellulaire et les réponses immunitaires. Les lectines végétales telles que la concanavaline A et l’agglutinine de germe de blé sont largement utilisées comme outils de recherche. Les galectines et les lectines de type C sont des familles de lectines mammifères importantes impliquées dans la régulation immunitaire et le développement.