Structure et fonction des protéoglycanes

Les protéoglycanes sont des molécules omniprésentes qui fonctionnent comme des composants critiques de la matrice extracellulaire. Ces protéines sont composées de chaînes de glycosaminoglycanes qui sont attachées de manière covalente à un noyau protéique. Même si seulement une poignée de protéines ont la propension à devenir des protéoglycanes, leur gamme de fonctions et de rôles potentiels dans le développement de l’organisme est extrêmement large.

Cet article couvrira:

• Structure des protéoglycanes
• Fonctions cellulaires
• Transduction du signal
• Fonctions dans les organismes modèles

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Structure des protéoglycanes

Glucides

Les protéoglycanes agissent comme des polysaccharides plutôt que des protéines comme 95% de leur poids est composé de glycosaminoglycane. Les chaînes glycosaminoglycanes sont constituées d’unités alternées d’hexosamine et d’acide hexuronique ou de galactose. Il existe également des régions de liaison glycopeptidique qui relient les chaînes polysaccharidiques aux protéines de base qui contiennent des oligosaccharides liés N et/ou O.

La séquence polymère régulière des glycosaminoglycanes est le résultat des unités répétitives des chaînes de glycosaminoglycanes. Cependant, une étude des chaînes glycosaminoglycanes a révélé une hétérogénéité marquée dans les unités polysaccharidiques individuelles.

Protéines de base

Les protéoglycanes peuvent être classés sur la base de leurs protéines de base. Par exemple, une famille se compose de grands protéoglycanes de sulfate de chondroïtine extracellulaires qui peuvent interagir spécifiquement avec l’acide hyaluronique. Plusieurs protéoglycanes de la matrice extracellulaire et des protéoglycanes présents dans différents tissus conjonctifs appartiennent à cette catégorie.

Une autre famille de protéoglycanes est constituée de petites protéines homologues à noyau comprenant une ou deux chaînes de glycosaminoglycanes. Ces petites protéines de base comprennent la décorine, le biglycan, la fibromoduline, etc. Les protéoglycanes de sulfate d’héparane sont présents dans la membrane extracellulaire ou basale et sont liés au protéoglycane de sulfate d’héparane sécrété par la lignée de cellules tumorales Engelbreth-Holm-Swarm (EHS).

Les serglycanes sont des protéoglycanes intracellulaires constitués de séquences protéiques de base d’unités sérine et glycine fortement substituées par des chaînes héparanes. Toutes les protéines de base contiennent un domaine de substitution des glycosaminoglycanes et la plupart des protéoglycanes sont attachés aux macromolécules présentes dans la matrice extracellulaire à travers des domaines présents dans les protéines de base.

Domaines de substitution des glycosaminoglycanes

Les chaînes de glycosaminoglycanes sont liées aux résidus de sérine présents dans les protéines de base. L’allongement de la chaîne est initié par xylosylation de résidus sérine spécifiques. Les unités sérines sensibles à la xylosylation se produisent dans la séquence tétrapeptidique spécifique précédée de quelques résidus acides. Les peptides synthétiques qui contiennent cette séquence se sont avérés être des substrats adéquats pour la xylosylation in vitro.

Fonctions cellulaires

Tous les processus cellulaires impliquent des interactions à la surface de la cellule, y compris l’interaction de la cellule avec la matrice, avec d’autres cellules, ainsi qu’avec des ligands. Ces interactions impliquent des protéoglycanes puisque ces molécules se lient avidement avec les protéines et sont abondamment présentes à la surface.

Dans une étude, le rôle des protéoglycanes sulfate d’héparane a été décrit pendant les étapes critiques du développement, y compris la génération et la différenciation des neurones, le guidage axonal, le développement des synapses, etc.

L’un des comportements critiques des cellules tumorales est une invasion locale et une métastase à distance. Ces comportements impliquent l’adhésion aux cellules, la motilité et la croissance – tous ces facteurs sont influencés par les protéoglycanes.

Une autre étude a montré que les protéoglycanes au sulfate d’héparane peuvent inhiber ou renforcer ces activités en fonction du type de cellule ou de tissu, de la physiopathologie de la tumeur et de l’étape spécifique de la métastase affectée.

Transduction du signal

Les deux grandes familles de protéoglycanes du sulfate d’héparane de surface cellulaire sont les syndécanes et les glypicans. Ces deux familles se lient à plusieurs facteurs de croissance et protéines matricielles et sont impliquées dans diverses voies de transduction du signal impliquées dans la prolifération des cellules et les changements de forme des cellules.

Les syndécanes sont des protéines transmembranaires qui sont liées à la membrane cellulaire à l’aide d’ancres lipidiques de glycosylphosphatidylinositol (GPI). Il existe quatre protéines syndécanes de mammifères connues. Bien que la structure de ces protéines soit assez similaire à plusieurs domaines cytoplasmiques, juxtamembranaires et transmembranaires partagés, elles ont également des régions et des distributions distinctes à l’intérieur des cellules. Les partenaires protéiques conservés et divergents jouent un rôle dans les fonctions cellulaires et développementales des protéoglycanes.

Des études récentes menées chez la Drosophile, la souris et l’homme ont montré comment les protéoglycanes peuvent être impliqués dans la croissance et la différenciation cellulaires. Ils ont également un rôle particulier pour réguler les molécules impliquées dans les voies de signalisation, telles que les FGF, les BMP, les Wnt, les Hhs, les IGF, etc. Cependant, le mécanisme exact du fonctionnement de ces molécules n’est toujours pas complètement compris.

Fonctions dans les organismes modèles

La plupart des informations sur le fonctionnement des protéoglycanes proviennent d’études sur la mouche des fruits et le ver nématode, Caenorhabditis elegans. De nombreux protéoglycanes de sulfate d’héparane à la surface des cellules de mammifères ont des homologues chez la mouche et le ver.

Bien qu’il existe de nombreuses différences de structure et de fonction lorsque les systèmes de mouches et de mammifères sont comparés, plusieurs fonctions de la Drosophile glypicans et du syndécan sont imitées chez les mammifères, suggérant des fonctions conservées.

Lectures supplémentaires

• Tout le Contenu d’Adhérence cellulaire
• Qu’est-ce que l’Adhérence Cellule-Cellule?
• Aperçu de l’adhérence de la Matrice cellulaire
• Qu’est-ce que la Matrice extracellulaire?
• Qu’est-ce que la Transition épithélio-mésenchymateuse (EMT)?

Citations