Un modèle de levure donne de nouvelles perspectives sur la régulation du glycane chez les eucaryotes
La vie cellulaire repose sur quatre éléments fondamentaux: les acides nucléiques, les lipides, les acides aminés et les sucres. Les molécules de sucre, également appelées glycanes, codent les informations biologiques et sont d’importants composants structurels des protéines, des cellules, des tissus et des organismes. Cependant, par rapport à l’ADN ou aux protéines, les glycanes sont plus difficiles à analyser et les rôles fonctionnels de ces éléments sont donc souvent négligés. Le projet Yeast-Glyco a utilisé Saccharomyces cerevisiae, communément appelée levure du boulanger, comme organisme modèle pour cartographier les insaisissables glycanes O-Man (O-linked mannose). «L’objectif était de développer des méthodes permettant d’identifier des sites O-Man sur les protéines, leur dynamique et les mécanismes de régulation dans les organismes supérieurs (eucaryotes)», explique Adnan Halim, titulaire de la bourse de recherche Marie Skłodowska-Curie.
Une nouvelle approche pour progresser
Les glycanes O-Man sont des modifications post-traductionnelles conservées au cours de l’évolution et présentes dans un large éventail d’organismes allant de la levure à l’homme. Cependant, malgré plusieurs décennies de recherches, les scientifiques ont été incapables de déterminer leur emplacement et leur fréquence chez les eucaryotes supérieurs. Les informations biologiques codées par les glycanes sont décodées dans la nature par des protéines liant les glycanes, également appelées lectines. Pendant des décennies, les lectines ont été utilisées comme des outils pour étudier les glycanes in vitro. «Au sein de Yeast-Glyco, nous avons développé une technique de chromatographie de la lectine qui nous permet d’enrichir le sous-ensemble de protéines transportant les O-Man des mélanges de protéines complexes que nous avons identifiés et caractérisés par spectrométrie de masse quantitative», explique Adnan Halim. Le flux de travail analytique a en outre été combiné avec l’ingénierie CRISPR/Cas9 des cellules humaines, en ciblant les gènes candidats impliqués dans la biosynthèse des O-Man et en déterminant de nouvelles voies de régulation permettant de contrôler les glycanes O-Man. Adnan Halim ajoute: «Lorsqu’elles sont combinées, ces techniques interdisciplinaires nous permettent de surmonter des obstacles majeurs qui ont entravé les progrès sur le terrain.» Les résultats ont démontré que les glycanes O-Man sont répandus chez les mammifères et que les eucaryotes supérieurs ont développé de multiples voies biosynthétiques distinctes pour réguler ces composants structurels. «Nous pouvons également montrer que les glycanes O-Man remplissent des rôles biologiques inattendus et mal compris et que leur dysrégulation est la cause directe de divers troubles du développement et jusque-là inexplicables, par exemple de graves malformations cérébrales chez l’homme», explique Adnan Halim.
Une meilleure compréhension des troubles neurodéveloppementaux
Il est en outre nécessaire de comprendre comment les eucaryotes diversifient les fonctions des protéines, ce qui est en partie réalisé par des modifications des glycanes. Ces modifications ajoutent une couche de complexité structurelle, façonnant et influençant de cette manière les structures, les interactions et les fonctions des protéines – qui, par extension, influencent l’aptitude des cellules, des tissus et des organismes. Le développement de nouvelles technologies visant à décoder les mécanismes de régulation et les fonctions des glycanes O-Man, un objectif clé de Yeast-Glyco, a conduit à des découvertes fascinantes et a donné un nouvel aperçu de la façon dont les fonctions cellulaires sont régulées et affinées par les glycanes. Ces résultats pourraient ouvrir la voie à de nouvelles stratégies visant à exploiter les glycanes O-Man dans les diagnostics, les traitements et le développement de médicaments. Adnan Halim est impatient de voir où cela va mener. «Je n’aurais jamais imaginé qu’après 3 ans, nous aurions une explication moléculaire à un large éventail de troubles neurodéveloppementaux avec comme centre d’attention les glycanes O-Man», observe-t-il. «Une quantité incroyable d’informations biologiques est encodée dans les glycanes et d’autres études sur cette classe d’éléments moléculaires mèneront sans aucun doute à des découvertes remarquables au carrefour de la biologie cellulaire et de la médecine de pointe.»
Mots‑clés
Yeast-Glyco, glycanes O-Man, levure, protéines, troubles neurodéveloppementaux, saccharomyces cerevisiae, spectrométrie de masse, CRISPR/Cas9
