Glycoprotéines
Protéoglycanes (PG)
Vue d'ensemble et structure

Les PG sont localisés :

• à la surface des cellules,
• dans la matrice extracellulaire
• dans la circulation.

Vue d'ensemble des protéoglycanes

La liaison des glycosaminoglycanes (GAG) à un cœur protéique forme un complexe appelé protéoglycane (PG).

1. Les GAG étant classés en quatre groupes, en fonction de leurs structures disaccharidiques centrales, les protéoglycanes peuvent être à base :

• d'héparine/héparane sulfate (HS), d'où leur abrévatiation HSPG (Heparan Sulfate ProteoGlycan),
• de chondroïtine sulfate (CS), i.e. CSPG,
• de dermatane sulfate (DS), i.e. DSPG,
• de kératane sulfate (KS), i.e. KSPG.

Remarque : seul, l'hyaluronane ou acide hyaluronique (HA) est retrouvé à l'état libre, sans aucune liaison covalente avec une protéine. En outre, il n'estjamais sulfaté.

2. On trouve plus de quarante coeurs protéiques différents qui ne forment pas seulement des échafaudages.

Leurs domaines peuvent être engagés dans un certain nombre d'interactions différentes et de nombreux noyaux protéiques présentent des variantes résultant d'un épissage alternatif.

Structure des protéoglycanes

1. Les GAG sont attachés sur le coeur protéique par un résidu sérine (Ser) par une liaison tétrasaccharidique différents selon les PG.

Par exemple, CSPG a pour liaison : acide glucuronique (GlcA) -galactose (GAL)-galactose (GAL)-xylose(Xy)l-Ser, DSPG, IdoA-Gal-Gal-Xyl-Ser, i.e. IdoA remplaçant GlcA par épimérisation sur C5

Le résidu Ser est généralement dans la séquence -Ser-Gly-x-Gly- (où x peut être n'importe quel résidu d'acide aminé sauf la proline).

2. Les chaînes sont de longs polymères glucidiques linéaires chargés négativement dans des conditions physiologiques en raison de la présence de groupes sulfate et des acides uroniques.  

La sulfatation est essentielle pour de nombreux processus comme :

• pour les HSPG dans la liaison au oxLDL, i.e. HDL (lipoprotéines de haute densité) oxydées dans l'athérosclérose.

• pour les KSCG, i.e. dans la transmission d'informations importantes sur la reconnaissance moléculaire et le comportement cellulaire à travers un certain nombre de protéines interactives ( kératane sulfate).

3. Les coeurs des protéines PG peuvent influencer le type et les schémas de modification des chaînes GAG attachées par la suite.

Toutefois, la manière dont les informations sont transmises du noyau protéique aux enzymes engagées dans la polymérisation et la modification des GAG est obscure.

• Un mécanisme suggéré est la sulfatation et la phosphorylation des unités du tétrasaccharide de liaison qui attache les chaînes GAG à un site de modification d'un noyau protéique.
• Par contre, comme un même noyau protéique peut acquérir différents types de chaînes GAG dans différents types de cellules, la modification des GAG pour un noyau protéique particulier pourrait être spécifique à un type de cellule et de tissu.

Par exemple, la serglycine, seule PG intracellulaire, est modifiée par des chaînes chondroïtine sulfate (CS), souvent peu sulfatées dans la plupart des types cellulaires où elle est exprimée, mais par des chaînes d'héparine fortement sulfatées dans les mastocytes (Serglycin: A Structural and Functional Chameleon with Wide Impact on Immune Cells 2011).

Lien GAG/protéine

dans les CS, DS et HS

Outre les GAG de kératane sulfate (KS), les chondroïtine sulfate (CS), dermatane sulfate (DS), héparine/héparane sulfate (HS) s'étendent tous du résidu sérine des sites -Ser-Gly- dans le noyau protéique via le tétrasaccharide de liaison (Determinants of Glycosaminoglycan (GAG) Structure 2015).

1. Le tétrasaccharide comprend :

• un xylose (Xyl),
• deux galactoses (GAL)
• un acide glucuronique (GlcA).

2. L'ajout d'un cinquième sucre, qui est un sucre aminé acétylé, décidera si la chaîne GAG devient HS/héparine ou CS/DS.

• 

  Pour les CS et DS, le sucre aminé est la N-acétyl-D-galactosamine (GalNAc).
• Pour héparine/HS, l'osamine est laN-acétyl-D-glucosamine (GlcNAc).

3. Le tétrasaccharide de liaison peut subir des modifications dont on ne sait pas encore si elles ont lieu dans le sites de sortie du réticulum endoplasmique (RE) ou dans l'appareil de Golgi.

• Par exemple, la phosphorylation en C2 du xylose a été observée à la fois dans les CS et HS, mais dans les PG des tissus de la matrice extracellulaire (Identification of Phosphatase That Dephosphorylates Xylose in the Glycosaminoglycan-Protein Linkage Region of Proteoglycans 2014).
• Sans phosphorylation du xylose ou lors de sa déphosphorylation, le lien est plutôt coiffé par un acide sialique (Xylose phosphorylation functions as a molecular switch to regulate proteoglycan biosynthesis 2014).

4. La sulfatation de la région de liaison est limitée à la voie CS et DS, i.e. le deuxième galactose est 4-O-sulfaté et les première et deuxième unités de galactose sont 6-O-sulfatées.

Remarque : l'héparine/héparane sulfate (HS) n'est jamais sulfaté à cet endroit.

dans les KS

Les KSPG sont les seuls PG dans lesquelles les chaînes de kératane sulfate (KS) ne sont pas attachées au noyau protéique via le tétrasaccharide de liaison.

1. Les différents modes d'attachement des chaînes KS à leurs noyaux protéiques dans les KSPG constituent la base de la distinction entre KSI, KSII et KSIII

a. Pour KSI, les chaînes GAG sont liées au noyau protéique via une structure de glycane complexe liée à l'asparagine (N-glycosylation).

Un antenne en C6), et parfois deux (C3-C6 peuvent être aussi encore modifiées.

b. Les chaînes KS de type II sont liées aux résidus de sérine ou de thréonine de la protéine (O-glycosylation) via des unités GalNAc dans des structures ressemblant aux mucines de type coeur 2.

c. Les chaînes KS de type III sont abondantes dans le cerveau et sont liées au noyau protéique via la fixation du mannose aux résidus de sérine ou de thréonine.

dans les HA

L'acide hyaluronique (HA), GAG non sulfaté sans liaison protéique covalente, est abondant dans les matrices extracellulaires et à la surface des cellules.

Toutefois, HA est souvent lié à des PG appelés lecticanes qui possèdent un domaine de liaison HA appelé protéine de liaison.

Classification des protéoglycanes