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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Décryptage moléculaire d’une étape clé du processus de maturation des héparanes sulfates

Les héparanes sulfates appartiennent à la famille des glycosaminoglycanes, des polysaccharides chargés négativement, présents en grande quantité sur les surfaces cellulaires et dans les tissus interstitiels. Ils exercent leurs activités en interagissant avec de très nombreuses protéines dont ils contrôlent le mécanisme d’action, intervenant ainsi dans la plupart des grandes fonctions biologiques (morphogénèse, division, signalisation et migration cellulaire, inflammation et réponses immunitaires, angiogenèse et réparation tissulaire ….etc) ainsi que dans leurs disfonctionnements pathologiques. Ces polysaccharides sont constitués de motifs glycaniques variés, constituant les zones de reconnaissances des protéines liant les héparanes sulfates et sont essentielles pour « coder » les diverses fonctions biologiques de la molécule. Les mécanismes moléculaires associés à la biogénèse de ces domaines restent très mal documentés.
Un travail collaboratif associant le laboratoire Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques, l’Institut de Biologie Structurale et l’Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay, a permis de décrire le mode d’action à l’échelle atomique d’une enzyme clé de la biogénèse des héparanes sulfates, la C5-épimérase. Cette enzyme a pour spécificité de convertir les acides glucuroniques (GlcA) en acides iduroniques (IdoA). Cette fonction est essentielle au processus de maturation des héparanes sulfate puisque les acides iduroniques sont systématiquement présents dans les sites d’interaction du polysaccharide. En combinant des approches d’ingénierie et de chimie des polysaccharides, de biochimie des protéines et de biologie structurale (cristallographie aux rayons X), les résidus formant le site catalytique de l’enzyme ont été identifiés ainsi que les modes de liaison du substrat et du produit. Le mécanisme d’action de l’enzyme met en jeu des changements conformationnels du polysaccharide, associés à des distorsions sélectives de l’entité glucuronique devant être épimérisée.
Ces résultats fournissent les bases moléculaires et mécanistiques pour la mise en place de nouvelles stratégies visant à modifier les résidus d’acide glucuronique/iduronique au niveau même du polymère et de générer, par synthèse chimio-enzymatique, des analogues d’héparanes sulfate pour des applications biotechnologiques ou thérapeutiques.

Substrate binding mode and catalytic mechanism of human heparan sulfate D-glucuronyl C5 epimerase. Debarnot C, Monneau Y R, Roig-Zamboni V, Delauzun V, Le Narvor C, Richard E, Hénault J, Goulet A, Fadel F, Vivès R R, Priem B, Bonnaffé D, Lortat-Jacob H, Bourne Y. Proc Natl Acad Sci USA published ahead of print March 14, 2019 https://doi.org/10.1073/pnas.1818333116