Glucides : dérivés des oses
Glycosaminoglycanes (GAG)
Kératane sulfate et acide hyaluronique
- Biologie cellulaire et moléculaire
- Biochimie
Les glycosaminoglycanes (GAG) possèdent de nombreuses fonctions, allant de la lubrification au signalement cellulaire.
Les GAG sont classés en quatre groupes, en fonction de leurs structures disaccharidiques centrales (Determinants of Glycosaminoglycan (GAG) Structure 2015) :
- l'héparine/héparane sulfate (HS),
- la chondroïtine sulfate (CS)/dermatane sulfate (DS),
- le kératane sulfate (KS),
- l'hyaluronane ou acide hyaluronique (HA).
Kératane sulfate (KS)
Le kératane sulfate (KS) est, phylogénétiquement, le GAG le plus récent, mais aussi le moins bien compris.
Vous pouvez étudier le kératane dans l'article très détaillé : Keratan sulfate, a complex glycosaminoglycan with unique functional capability (2018).
(Figure : vetopsy.fr)
Vue d'ensemble
Le kératane sulfate (KS) est une molécule sophistiquée avec une structure diversifiée, et des rôles fonctionnels uniques continuent d'être découverts.
1. Dans la cornée, le CS permet :
- la régulation de l'espacement des fibrilles de collagène essentielle pour la clarté optique,
- l'optimisation de l'hydratation cornéenne au cours du développement.
Des sulfatations anormales dues à des mutations génétiques spécifiques entraînent une opacité accrue de la cornée et entraînent des troubles visuels
2. Le kératane sulfate joue un rôle régulateur important dans le système nerveux central et périphérique, i.e. :
- par la stimulation de la croissance des cellules microgliales,
- par la réparation axonale après une blessure.
3. Le kératane sulfate, dans les articulations, absorbe les chocs mécaniques comme un coussin.
4. Il présente également des propriétés régulatrices cellulaires importantes dans les tissus épithéliaux et mésenchymateux et dans le développement osseux et tumoral d'utilité diagnostique et pronostique.
Structure du kératane sulfate
Les structures des kératanes n'est pas aussi simple que le dessin ci-dessus.
(Figure : vetopsy.fr d'après Caterson et coll)
1. En effet, les structures varient selon les kératanes.
a. Le KS-I cornéen affiche des degrés variables de sulfatation le long de la chaîne KS allant des régions de polylactosamine non sulfatée, de disaccharide monosulfaté et disulfaté.
b. Le KS-II squelettique est presque complètement sulfaté et se compose de disaccharides disulfatés interrompus par des résidus occasionnels de N-acétyllactosamine monosulfatés.
c. Le KS-III neural contient également des disaccharides KS hautement sulfatés, mais diffère de KS-I et KS-II par une liaison 2-O-mannose à des résidus de protéine centrale sérine ou thréonine sur des protéoglycanes tels que le phosphacan et l'abakan dans le tissu cérébral.
2. Les motifs de sulfatation sur les KS :
- transmettent des informations importantes sur la reconnaissance moléculaire,
- dirigent le comportement cellulaire à travers un certain nombre de protéines interactives.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre les complexités du kératane sulfate
(Figure : vetopsy.fr d'après Caterson et coll)
3. Le clivage des chaînes polysaccharidiques est effectué par :
- des kératanases, i.e. kératanase I et II,
- l'endo-β-galactosidase.
Acide hyaluronique (HA)
ou hyaluronanes
1. L'acide hyaluronique (HA) est le GAG le plus abondant dans les matrices extracellulaires et à la surface des cellules dans lesquelles il est capable de lier 10 000 fois son propre poids en eau.
- Il joue un rôle clé dans la lubrification des articulations synoviales et les processus de cicatrisation (Hyaluronic Acid and Wound Healing 2015).
- Il favorise la régénération tissulaire et la réparation cutanée, i.e. il est très utilisé en cosmétique pour raffermir la peau
Le HA est impliquée dans de l'angiogenèse et donc, dans le processus de carcinogenèse (Glycosaminoglycans: key players in cancer cell biology and treatment 2012).
Pour tout savoir sur l'acide hyaluronique, vous pouvez lire : Hyaluronan biology: A complex balancing act of structure, function, location and context (2019).
(Figure : vetopsy.fr d'après Garantziotis et coll)
2. L'acide hyaluronique (HA) est le GAG le plus simple, non sulfaté sans liaison protéique covalente.
(Figure : vetopsy.fr)
a. Pour sa synthèse, l'activation des sucres UDP dans le cytoplasme est nécessaire, comme pour les héparane sulfates avec lesquels ils partagent leur composition, i.e GlcA et GlcNAc de base.
- Les héparane sulfate (HS) sont polymérisés dans la lumière de l'appareil de Golgi, où elles subissent une modification par épimérisation et sulfatation.
- Par contre, les synthases HA sont localisées à la membrane plasmique , recrutant les nucléotides-oses UDP du côté cytoplasmique et les pools de précurseurs de HS et HA sont donc séparés.
b. HA est synthétisé par trois synthases distinctes HAS1, HAS2 et HAS3, apparemment fonctionnellement redondantes, mais qui semblent avoir des rôles biologiques différents selon les contextes spécifiques (Regulated Hyaluronan Synthesis by Vascular Cells 2015).
- Le KO pour Has2 est mortel pour les embryons par anomalie des coussins cardiaques.
- Les souris knock-out Has1 et Has3 sont phénotypiquement moins dramatiques.
- HAS2 et HAS3 ont une forte activité enzymatique élevée.
HAS1-3 formerait des complexes enzymatiques homomères et hétéromères déjà dans l'appareil de Golgi, en cours vers la surface cellulaire (Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) and Proximity Ligation Assays Reveal Functionally Relevant Homo- and Heteromeric Complexes among Hyaluronan Synthases HAS1, HAS2, and HAS3 2015).
3. HA est souvent lié à des protéoglycanes (PG), appelés lecticanes qui possèdent un domaine de liaison HA appelé protéine de liaison.