La topologie des glycans comme interrupteur moléculaire pour l'activité des intérgines – GlycoTopoSwitch

La glycosylation des protéines et des lipides est requise pour l’adhésion cellulaire, la signalisation, le trafic intracellulaire… Plusieurs de ces fonctions peuvent être attribuées aux glycoconjugués de surface. Leur dynamique est modulée en fonction de protéines de liaison aux sucres (lectines), soit par rétention dans des treillis moléculaires, soit par distribution intracellulaire après endocytose. Pour cette dernière, nous avons précédemment proposé un nouveau mécanisme (appelé GL-Lect) selon lequel les lectines de la famille des galectines entraînent la formation dépendante de glycolipides de puits endocytiques tubulaires, à partir desquelles se forment de façon indépendante de la clathrine des structures endocytiques appelées CLICs.

Pour le mécanisme GL-Lect, une énigme existe : comment une modification plutôt statique comme la glycosylation peut-elle contrôler un processus cellulaire - l'endocytose - très dynamique et nécessitant une régulation aiguë ? Nous proposons d’aborder ce point intrigant à l'exemple de l'intégrine alpha5beta1. Cette molécule d'adhésion cellulaire adopte 2 états conformationnels extrêmes : pleinement active en liaison avec la matrix extracellulaire, et inactive non liée aux ligands. Nous avons déjà publié que dans les cellules migratoires, seule la conformation inactive est acheminée par la voie dite du transport rétrograde de la membrane plasmique vers l'appareil de Golgi, d'où elle est ensuite sécrétée de manière polarisée vers le cône de croissance. L'inhibition du transport rétrograde entraîne une perte de sa distribution polarisée et une inhibition de la migration cellulaire persistante.

Comment la conformation inactive de l’intégrine serait-elle reconnue spécifiquement ? Dans des études préliminaires, nous avons découvert qu'un membre de la famille des galectines, la galectine-3 (Gal3), interagit sur cellules et aussi sur protéines purifiées dans des micelles de détergent de façon préférentielle avec la conformation inactive de l'intégrine alpha5beta1. Ceci suggère la possibilité excitante que la formation du complexe Gal3-intégrine est dépendante non seulement de la glycosylation de base, mais aussi de réarrangements aigus de la topologie des glycanes, induits par des changements conformationnels. Seules certaines dispositions de glycanes sur une molécule d'intégrine alpha5bêta1 donnée permettraient une configuration de proximité telle que les molécules de Gal3 puissent s’oligomériser, un événement nécessaire au fonctionnement du mécanisme GL-Lect.

Nous aborderons cette hypothèse innovante basée sur une approche multidisciplinaire en 4 taches : i) Imagerie par microscopie à feuille de lumière sur cellules vivantes avec modélisation théorique pour visualiser la construction de puits endocytiques (chorégraphie moléculaire) ; ii) reconstitution de l'intégrine alpha5beta1 dans des membranes modèles (nanodisques lipidiques et vésicules unilamellaires géantes) pour explorer de manière rigoureuse et quantitative la reconnaissance, par Gal3, d’un état conformationnel spécifique de l'intégrine alpha5beta1 membranaire ; iii) cryo-EM à haute résolution combiné à la glycoprotéomique pour déduire un plan de construction prototypique sous-jacent au changement de topologie glycanique ; iv) mutagenèse dirigée et approche de biologie synthétique pour tester fonctionnellement les prédictions des études structurelles.

En plus de fournir des tests rigoureux d'une hypothèse paradigmatique à l'avant-garde de la glycobiologie mécaniste, le programme actuel devrait également permettre un certain nombre d'autres contributions clés (premières structures complètes d'une intégrine et de Gal3, première interacteurs cellulaires spécifiques de la conformation inactive d’une intégrine). Nous avons ainsi l'ambition de fournir une perspective radicalement nouvelle sur la façon dont la dynamique topologique aiguë des glycans sur des glycoprotéines membranaires contrôle l'endocytose spécifique d’un état conformationnel.