Exploration des complexes de glycosyltransférases impliqués dans la synthèse du « Linker » des glycosaminoglycanes – GlycoLink

Les glycosaminoglycanes (GAG) sont des biopolymères majeurs assurant des fonctions structurales et régulatrices multiples dans la cellule et les tissus des organismes pluricellulaires. Leur synthèse nécessite l'action coordonnée de glycosyltransférases (GT) et de partenaires, dont les variants pathogènes entraînent des maladies génétiques multi-systémiques sévères. Ce processus est initié par la formation d'une séquence tétrasaccharidique, amorce indispensable à la polymérisation des chaînes de GAG. Un paradigme récent met en avant le rôle d'un complexe multimoléculaire appelé "GAGosome" pour garantir la fidélité et l'efficacité de la synthèse des GAG. Ce mécanisme a été établi pour la polymérisation des chaînes et régule probablement aussi l'initiation des GAG. Cependant on sait peu de choses sur les interactions protéine-protéine (PPI) entre GT (et partenaires) impliquées dans ces étapes initiales.
GlycoLink a pour but d'explorer la formation et l'organisation de complexes multimoléculaires entre GT et partenaires qui gouvernent l'assemblage de la région d’ancrage des GAG, et leur impact fonctionnel dans les maladies génétiques rares. Nous explorerons les interactions biophysiques entre GT (et partenaires) principalement celles entre deux paires d'enzymes fonctionnellement pertinentes, la ß3GalT6-Fam20B kinase et la ß4GalT7-GlcAT-1, et évaluerons l'influence des variants pathogènes de ces enzymes qui causent des ostéochondrodysplasies sévères dites " linkeropathies ". La présence d'homo- et d'hétérodimères sera étudiée in cellulo par microscopie d'imagerie à fluorescence combinée à des expériences d’immunoprécipitation (IP) et cross-link (XL) des complexes couplées à la spectrométrie de masse (MS). Des approches de bio-informatique structurale basées sur l’intelligence artificielle combinées à des études biophysiques in vitro utilisant la photométrie de masse (MP) et la résonance plasmonique de surface (SPR) fourniront des informations sur les PPI au niveau moléculaire. La détermination des activités et comportements cinétiques des GT au moyen de substrats synthétiques spécifiques combinés à l’analyse des GAG in cellulo permettront d'explorer les aspects fonctionnels de la formation de complexes. Un objectif ultime sera d'élucider la structure des enzymes complexées à leurs substrats et des complexes multimoléculaires par cristallographie et cryo-microscopie électronique (cryo-EM). Nous espérons ainsi répondre à trois questions : (Q1) Comment les enzymes initiant la biosynthèse des GAG interagissent-elles dans l'appareil de Golgi ? (Q2) Quelle est la base structurale d'une possible organisation multimoléculaire ? (Q3) Sa pertinence fonctionnelle pourrait-elle contribuer à l'étonnante diversité phénotypique observée dans les "linkeropathies" ?
Nous espérons que ce projet pluridisciplinaire combinant la biochimie, la chimie, la bio-informatique et la biologie structurale ait un impact significatif. D'un point de vue fondamental, GlycoLink fournira des informations sur les mécanismes régissant l'initiation des chaînes de GAG et aidera à déchiffrer comment l'action concertée des enzymes de biosynthèse, au sein de l'appareil de Golgi, "code" des séquences de sucres hautement spécifiques. GlycoLink devrait également avoir un impact clinique important, en fournissant des indices pour comprendre et corriger des maladies génétiques graves et améliorer la prise en charge des patients. Ce projet ambitieux bénéficiera de l'expertise et des outils développés par nos équipes, qui, avec les approches de pointe en bio-informatique et en biologie structurale apportées par de jeunes chercheurs spécialistes de leur domaine d’expertise et confortées par des collaborations établies, assureront son succès.