Sulfate d’héparane
De nombreux types cellulaires différents produisent des chaînes HS avec de nombreuses structures primaires différentes. Par conséquent, il existe une grande variabilité dans la façon dont les chaînes HS sont synthétisées, produisant une diversité structurelle englobée par le terme « héparanome » – qui définit la gamme complète des structures primaires produites par une cellule, un tissu ou un organisme particulier. Cependant, une gamme d’enzymes biosynthétiques est essentielle à la formation de HS quelle que soit la séquence primaire. Ces enzymes sont constituées de plusieurs glycosyltransférases, de sulfotransférases et d’une épimérase. Ces mêmes enzymes synthétisent également l’héparine.
Dans les années 1980, Jeffrey Esko a été le premier à isoler et à caractériser des mutants cellulaires animaux altérés dans l’assemblage de sulfate d’héparane. Beaucoup de ces enzymes ont maintenant été purifiées, clonées moléculairement et leurs modes d’expression étudiés. De ce travail et des premiers travaux sur les étapes fondamentales de la biosynthèse de l’HS / héparine à l’aide d’un système sans cellules de mastocytome de souris, on en sait beaucoup sur l’ordre des réactions enzymatiques et la spécificité.
Initiationmodifier
La synthèse de HS débute par le transfert du xylose de l’UDP-xylose par la xylosyltransférase (XT) vers des résidus de sérine spécifiques dans le noyau protéique. La fixation de deux résidus de galactose (Gal) par les galactosyltransférases I et II (GalTI et GalTII) et de l’acide glucuronique (GlcA) par la glucuronosyltransférase I (GlcATI) complète la formation d’une amorce tétrasaccharidique O-liée à une sérine de la protéine-noyau :
ßGlcUA-(1→3)-ßGal-(1→3)-ßGal-(1→4)-ßXyl-O-Ser.
On pense que la fixation du xylose à la protéine centrale se produit dans le réticulum endoplasmique (ER), l’assemblage ultérieur de la région de liaison et du reste de la chaîne se produisant dans l’appareil de Golgi.
Les voies de biosynthèse HS/héparine ou sulfate de chondroïtine (CS) et sulfate de dermatane (DS) divergent après la formation de cette structure de liaison tétrasaccharidique commune. L’enzyme suivante à agir, GlcNAcT-I ou GalNAcT-I, dirige la synthèse, soit vers HS/héparine, soit vers CS/DS, respectivement.
Élongation de chainedit
Après fixation du premier résidu de N-acétylglucosamine (GlcNAc), l’élongation de l’agent de liaison tétrasacchride est poursuivie par addition progressive de résidus GlcA et GlcNAc. Ceux-ci sont transférés de leurs nucléotides de sucre UDP respectifs. Ceci est réalisé par une ou plusieurs enzymes apparentées dont les gènes sont membres de la famille des gènes exostoses (EXT) des suppresseurs de tumeurs.
Des mutations au niveau des loci du gène EXT1-3 chez l’homme conduisent à une incapacité des cellules à produire des HS et au développement de la maladie des Exostoses héréditaires multiples (MHE). Le MHE est caractérisé par des tumeurs à coiffe cartilagineuse, appelées ostéochondromes ou exostoses, qui se développent principalement sur les os longs des individus atteints de la petite enfance jusqu’à la puberté.
Modification de chainedit
Lorsqu’une chaîne HS polymérise, elle subit une série de réactions de modification effectuées par quatre classes de sulfotransférases et une épimérase. La disponibilité des PAPS donneurs de sulfate est cruciale pour l’activité des sulfotransférases.
N-désacétylation/N-sulfationEdit
La première modification du polymère est la N-désacétylation/N-sulfatation des résidus GlcNAc en GLCN. Ceci est une condition préalable à toutes les réactions de modification ultérieures, et est effectué par un ou plusieurs membres d’une famille de quatre enzymes N-désacétylase / N-sulfotransférase GlcNAc (NDSTs). Dans les premières études, il a été montré que les enzymes modificatrices pouvaient reconnaître et agir sur n’importe quel résidu N-acétylé dans le polymère formant. Par conséquent, la modification des résidus GlcNAc devrait se produire de manière aléatoire tout au long de la chaîne. Cependant, dans le SH, les résidus N-sulfatés sont principalement regroupés et séparés par des régions de N-acétylation où le GlcNAc reste non modifié.
Il existe quatre isoformes de NDST (NDST1-4). Les activités de la N-désacétylase et de la N-sulfotransférase sont présentes dans toutes les isoformes de la NDST, mais elles diffèrent significativement par leurs activités enzymatiques.
Génération de GlcNH2Edit
En raison de la N-désacétylase et de la N-sulfotransférase effectuées par la même enzyme, la N-sulfatation est normalement étroitement couplée à la N-acétylation. Des résidus de GlcNH2 résultant du découplage apparent des deux activités ont été trouvés dans l’héparine et certaines espèces de HS.
Épimérisation et 2-O-sulfationEdit
L’épimérisation est catalysée par une enzyme, l’épimérase GlcA C5 ou l’héparosan-N-sulfate-glucuronate 5-épimérase (EC 5.1.3.17). Cette enzyme épimérise le GlcA en acide iduronique (IdoA). La reconnaissance du substrat nécessite que le résidu GlcN lié au côté non réducteur d’une cible potentielle GlcA soit N-sulfaté. L’uronosyl-2-O-sulfotransférase (2OST) sulfate les résidus IdoA résultants.
6-O-sulfationEdit
Trois glucosaminyl 6-O-transférases (6OST) ont été identifiées qui entraînent la formation de GlcNS (6S) adjacents aux IdoA sulfatés ou non sulfatés. GlcNAc (6S) se trouve également dans les chaînes HS matures.
3-O-sulfationEdit
Actuellement, sept glucosaminyl 3-O-sulfotransférases (3OST, HS3STs) existent chez les mammifères (huit chez le poisson zèbre). Les enzymes 3OST créent un certain nombre de disaccharides 3-O-sulfatés possibles, y compris le GlcA-GlcNS (3S±6S) (modifié par HS3ST1 et HS3ST5), l’IdoA (2S)-GlcNH2 (3S±6S) (modifié par HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST5 et HS3ST6) et le GlcA/IdoA (2S) -GlcNS (3S) (modifié par HS3ST2 et HS3ST4). Comme pour toutes les autres sulfotransférases HS, les 3OST utilisent le 3′-phosphoadénosine-5′-phosphosulfate (PAPS) comme donneur de sulfate. En dépit d’être la plus grande famille d’enzymes de modification de HS, les 3OST produisent la modification de HS la plus rare, la 3-O-sulfatation de résidus de glucosamine spécifiques à la fraction C3-OH.
Les 3OST sont divisés en deux sous-catégories fonctionnelles, celles qui génèrent un site de liaison à l’antithrombine III (HS3ST1 et HS3ST5) et celles qui génèrent un site de liaison à la glycoprotéine D du virus de l’herpès simplex 1 (HSV-1 gD) (HS3ST2, HS3ST3A1, HS3ST3B1, HS3ST4, HS3ST5 et HS3ST6). Comme les 3OST sont la plus grande famille d’enzymes de modification de HS et que leurs actions limitent la vitesse, spécifiques au substrat et produisent des modifications rares, il a été émis l’hypothèse que le HS modifié par 3OST joue un rôle régulateur important dans les processus biologiques. Il a été démontré que la sulfatation 3-O peut améliorer la liaison du Wnt à la glypicane et peut jouer un rôle dans la régulation du Wnt dans le cancer.