Les glycosaminoglycanes varient considérablement en termes de masse moléculaire, de construction disaccharidique et de sulfatation. Cela est dû au fait que la synthèse des GAG n’est pas pilotée par un modèle comme les protéines ou les acides nucléiques, mais constamment modifiée par les enzymes de transformation.
Les GAG sont classés en quatre groupes sur la base des structures disaccharidiques de base. L’héparine/héparane sulfate (HSGAGs) et la chondroïtine sulfate/dermatane sulfate (CSGAGs) sont synthétisés dans l’appareil de Golgi, où les noyaux protéiques fabriqués dans le réticulum endoplasmique rugueux sont modifiés post-traductionnellement avec des glycosylations O-liées par des glycosyltransférases formant des protéoglycanes. Le sulfate de kératan peut modifier les protéines du noyau par une glycosylation liée à l’azote ou une glycosylation liée à l’oxygène du protéoglycane. La quatrième classe de GAG, l’acide hyaluronique, est synthétisée par des synthases membranaires intégrales qui sécrètent immédiatement la chaîne disaccharidique allongée de façon dynamique.
HSGAG et CSGAGEdit
Les protéoglycanes modifiés par HSGAG et CSGAG commencent d’abord par un motif consensus Ser-Gly/Ala-X-Gly dans la protéine centrale. La construction d’un lieur tétrasaccharide qui consiste en -GlcAβ1-3Galβ1-3Galβ1-4Xylβ1-O-(Ser)-, où la xylosyltransférase, la β4-galactosyl transférase (GalTI),la β3-galactosyl transférase (GalT-II), et la β3-GlcA transférase (GlcAT-I) transfèrent les quatre monosaccharides, commence la synthèse de la protéine modifiée GAG. La première modification du lieur tétrasaccharide détermine si les HSGAGs ou les CSGAGs seront ajoutés. L’ajout d’un GlcNAc favorise l’ajout de HSGAGs tandis que l’ajout d’un GalNAc au lieur tétrasaccharide favorise le développement de CSGAGs. GlcNAcT-I transfère le GlcNAc au lieur tétrasaccharide, ce qui est distinct de la glycosyltransférase GlcNAcT-II, l’enzyme qui est utilisée pour construire les HSGAGs. Il a été démontré que EXTL2 et EXTL3, deux gènes de la famille des suppresseurs de tumeurs EXT, ont une activité GlcNAcT-II. Inversement, le GalNAc est transféré au linker par l’enzyme GalNAcT pour initier la synthèse des CSGAGs, une enzyme qui peut ou non avoir une activité distincte par rapport à l’activité GalNAc transférase de la chondroïtine synthase.
En ce qui concerne les HSGAGs, une enzyme multimérique codée par EXT1 et EXT2 de la famille des gènes EXT, transfère à la fois le GlcNAc et le GlcA pour l’élongation de la chaîne HSGAG. Au cours de son élongation, le HSGAG est modifié de façon dynamique, d’abord par la N-désacétylase, N-sulfotransférase (NDST1), une enzyme bifonctionnelle qui clive le groupe N-acétyle du GlcNAc et sulfate ensuite la position N. Ensuite, l’uronyl époxyde en C-5 est modifié par la N-sulfotransférase. Ensuite, l’uronyl épimérase C-5 transforme le d-GlcA en l-IdoA, puis la 2-O sulfatation du sucre de l’acide uronique par la 2-O sulfotransférase (Heparan sulfate 2-O-sulfotransférase). Enfin, les positions 6-O et 3-O des moitiés de GlcNAc sont sulfatées par des 6-O (Heparan sulfate 6-O-sulfotransférase) et 3-O (3-OST) sulfotransférases.
Le sulfate de chondroïtine et le sulfate de dermatane, qui comprennent les CSGAG, se différencient l’un de l’autre par la présence d’épimères GlcA et IdoA respectivement. Comme pour la production des HSGAGs, la C-5 uronyl épimérase convertit le d-GlcA en l-IdoA pour synthétiser le dermatan sulfate. Trois événements de sulfatation des chaînes CSGAG se produisent : La sulfatation 4-O et/ou 6-O de la GalNAc et la sulfatation 2-O de l’acide uronique. Quatre isoformes des 4-O GalNAc sulfotransférases (C4ST-1, C4ST-2, C4ST-3, et D4ST-1) et trois isoformes des 6-O GalNAc sulfotransférases (C6ST, C6ST-2, et GalNAc4S-6ST) sont responsables de la sulfatation du GalNAc.
Types de sulfate de kératanModifié
À la différence des HSGAGs et des CSGAGs, la troisième classe de GAGs, ceux appartenant aux types de sulfate de kératan, sont poussés vers la biosynthèse par des motifs de séquence protéique particuliers. Par exemple, dans la cornée et le cartilage, le domaine kératane sulfate de l’aggrécane consiste en une série d’hexapeptides répétés en tandem avec une séquence consensus de E(E/L)PFPS. De plus, pour trois autres protéoglycanes sulfatés au kératan, le lumican, le kératocan et le mimécan (OGN), la séquence consensus NX(T/S) ainsi que la structure secondaire de la protéine ont été déterminées comme étant impliquées dans l’extension des oligosaccharides liés à l’azote avec le kératan sulfate. L’allongement du kératane sulfate commence aux extrémités non réductrices de trois oligosaccharides de liaison, qui définissent les trois classes de kératane sulfate. Le kératane sulfate I (KSI) est N -lié via un oligosaccharide précurseur de type mannose élevé. Le kératane sulfate II (KSII) et le kératane sulfate III (KSIII) sont O-liés, les liaisons du KSII étant identiques à celles de la structure centrale de la mucine, et le KSIII étant lié à un 2-O mannose. L’allongement du polymère de kératane sulfate se produit par l’addition de Gal et de GlcNAc par les glycosyltransférases. L’addition du galactose se produit principalement par l’intermédiaire de l’enzyme β-1,4-galactosyltransférase (β4Gal-T1) tandis que les enzymes responsables de la β-3-Nacétylglucosamine n’ont pas été clairement identifiées. Enfin, la sulfatation du polymère se produit à la position 6 des deux résidus de sucre. L’enzyme KS-Gal6ST (CHST1) transfère les groupes sulfates au galactose tandis que la N-acétylglucosaminyl-6-sulfotransférase (GlcNAc6ST) (CHST2) transfère les groupes sulfates au GlcNAc terminal dans le kératane sulfate.
Acide hyaluroniqueModifié
La quatrième classe de GAG, l’acide hyaluronique, n’est pas sulfaté et est synthétisé par trois protéines synthases transmembranaires HAS1, HAS2 et HAS3. L’AH, un polysaccharide linéaire, est composé d’unités disaccharidiques répétitives de →4)GlcAβ(1→3)GlcNAcβ(1→ et possède une masse moléculaire très élevée, comprise entre 105 et 107 Da. Chaque enzyme HAS est capable de transglycosylation lorsqu’elle est alimentée en UDP-GlcA et UDP-GlcNAc. HAS2 est responsable des très grands polymères d’acide hyaluronique, tandis que les HA de plus petite taille sont synthétisés par HAS1 et HAS3. Bien que chaque isoforme HAS catalyse la même réaction de biosynthèse, chaque isoforme HAS est active indépendamment. Il a également été démontré que les isoformes HAS ont des valeurs de Km différentes pour l’UDP-GlcA et l’UDPGlcNAc. On pense que les différences d’activité et d’expression enzymatiques permettent de réguler le large éventail de fonctions biologiques médiées par la HAS, comme son implication dans la régulation des cellules souches neurales dans la zone subgranulaire du cerveau.