Les thèmes abordés par la thèse appartiennent au domaine de la glycobiologie structurale, qui est la branche de la biologie qui étudie les structures et les interactions des glycomolécules. Dans la deuxième partie de la thèse, certainement plus riche quantitativement, nous avons étudié les structures et les interactions de trois lectines différentes. Le quatrième chapitre est consacré à la structure tridimensionnelle de la Tricolorine A, un glycolipide intéressant obtenu à partir d'une plante originaire du Mexique.
Le sixième chapitre décrit la structure de la lectine bactérienne PA-IL de Pseudomonas aeruginosa, qui joue un rôle dans les infections provoquées par cette bactérie opportuniste. Le chapitre huit décrit le nouveau repliement protéique de la lectine fongique PVL de Psathyrella velutina. L’objectif de la glycobiologie structurale est clairement de déterminer la structure 3D et d’établir des modèles des interactions impliquant ces molécules.
Lorsque la taille et la complexité de la structure deviennent très importantes (plus de 20 résidus), on parle généralement de polysaccharides.
Glycobiologie : une science récente 03
Les glycoconjugués 04
Les glycoprotéines
Dans le quatrième chapitre, nous présenterons la structure d'une glycorésine végétale qui présente une forte activité biologique : la Tricolorine A. Cependant, deux grandes familles de fonctions peuvent être mises en avant : la fonction structurale et celle de reconnaissance moléculaire. Ces propriétés physiques leur confèrent un rôle de stabilisation structurale, de solubilisation et de protection des glycoprotéines contre la protéolyse.
Les glycoconjugués font également partie de la couche de haute densité moléculaire, le glycocalix, qui recouvre la surface des cellules épithéliales chez les eucaryotes. Les oligosaccharides participent à de nombreux phénomènes de reconnaissance moléculaire de type récepteur-ligand impliquant les lectines et de nombreuses études confirment leur rôle dans la vie sociale des cellules (Varki 1993). Comme nous le verrons dans le chapitre suivant, les lectines reconnaissent généralement les monomères terminaux des oligosaccharides.
En conséquence, ce sujet fait désormais l’objet de beaucoup d’attention et de nombreuses études ont été menées pour élucider les structures et les rôles complexes de ces glycanes.
Séquençage de sucres
Les raisons peuvent être recherchées dans la faible quantité d'échantillon généralement disponible pour les tests de cristallisation, mais aussi dans le décalage dont souffre la cristallographie des "petites" molécules, qui n'a pas suivi le rythme des grands développements techniques et méthodologiques réalisés dans le domaine de la biologie. macromolécules. . C'est dans ce contexte que nous présenterons dans le quatrième chapitre la structure de la Tricolorine A, qui est l'un des plus gros oligosaccharides dont la structure a été résolue par diffraction des rayons X. Ces dernières années, nous avons constaté une augmentation significative des structures protéiques. résolu.
En conséquence, de nombreuses structures de glycoprotéines et de lectines complexées avec des glucides ont été résolues et leurs coordonnées atomiques sont disponibles dans la Protein Data Bank (PDB). Dans le cas des glycoprotéines, la flexibilité des N- ou O-glycanes est un facteur pouvant limiter ou empêcher la cristallisation. Généralement, dans les structures des glycoprotéines obtenues par diffraction, seuls les deux ou trois premiers monosaccharides de la chaîne glycosidique peuvent être observés (Imberty et Pérez 1995).
En revanche, plus de 500 structures de lectine ont été résolues (//www.cermav.cnrs.fr/lectines), souvent en complexe avec des ligands oligosaccharides pour lesquels aucune information structurale n'était disponible auparavant.
Monosaccharides
Les méthodes de chimie computationnelle sont devenues extrêmement importantes dans l’analyse conformationnelle des molécules organiques et en particulier des glucides complexes. Les deux angles de torsion glycosidiques qui définissent la géométrie de la liaison sont représentés sur la Fig. La structure globale d'un disaccharide est donc déterminée par la nature de la liaison et par toutes ces interactions.
La probabilité d'existence pour une conformation donnée d'un disaccharide peut être représentée dans un diagramme bidimensionnel (Fig. 1.7) montrant la valeur de l'énergie potentielle de la molécule pour toute combinaison des valeurs de φ et ψ. Il s'agit d'une simplification importante, mais elle permet de dire que la structure globale d'un oligosaccharide dépend principalement de la nature de toute liaison entre les disaccharides constitutifs. Par exemple, l'hémagglutinine du virus de la grippe reconnaît et se lie aux oligosaccharides terminés par l'acide sialique situés à la surface des cellules épithéliales des voies respiratoires supérieures (Wiley 1987).
De même, les lectines présentes à la surface des bactéries, des virus ou des parasites intestinaux reconnaissent les glycoconjugués à la surface des cellules épithéliales et facilitent ainsi les processus de colonisation et d'infection.
Spécificité et affinité 18
Deux exemples d'interactions non spécifiques sont la lectine bactérienne de Chromobacterium violaceum (spécificité : fucose/mannose) et la lectine fongique Psathyrella velutina (spécificité : GlcNAc/NeuNAc), qui ont été étudiées au cours de cette thèse. L'affinité démontrée pour les oligosaccharides est généralement beaucoup plus élevée que pour les monosaccharides en raison de la présence de sites de liaison plus profonds qui établissent davantage de contact avec le ligand.
Structures tridimensionnelles 20
Les lectines de plantes appartenant à la même famille taxonomique (légumineuses, céréales, etc.) présentent une remarquable homologie séquence/structurelle qui a permis de les classer en sept familles de protéines structurellement similaires (Van Damme 1998). Les lectines des céréales sont très différentes et se caractérisent par la présence de domaines structuraux conservés très riches en cystéine appelé domaine hévéine du nom d'une petite protéine de 43 acides aminés extraite de l'hévéa. La famille des lectines des perce-neige (Hester, Kaku et al. 1995) ainsi que la famille des jacalines (Sankaranarayanan 1996) adoptent toutes deux des replis protéiques de type prisme β qui peuvent former une grande variété d'oligomères (Gallego del Soil 2005).
Les lectines animales présentent une grande variation structurelle et des similitudes significatives, même entre différentes espèces. Les trois plus grandes familles de lectines animales sont les galectines, les lectines de type C et les lectines de type I (siglecs). La grande famille des lectines de type C est formée de lectines dont l'interaction sucre-protéine se fait via un atome de calcium (Drickamer 1999).
La structure des lectines bactériennes fera l'objet du paragraphe 2.5 et les lectines fongiques seront décrites au paragraphe 2.7.
Sites de reconnaissance 23
Les lectines bactériennes 24
Les lectines fimbriales
Les toxines sont des protéines sécrétées par des bactéries qui présentent une activité toxique directe sur les cellules cibles. Les dommages cellulaires peuvent survenir en brisant la paroi cellulaire, en inhibant la synthèse des protéines ou en activant le métabolisme secondaire. Ces trois lectines seront décrites en détail dans le paragraphe suivant ainsi que dans les cinquième et sixième chapitres.
La cyanovirine-N reconnaît avec une très grande affinité les oligosaccharides mannosylés (oligomannose-8 et -9) de la glycoprotéine gp120, qui forme l'enveloppe externe du virus. Pseudomonas aeruginosa est une bactérie Gram-négative et opportuniste que l'on trouve couramment dans le sol, l'eau et la végétation. Ces protéines sont l'une des adhésines situées à l'extrémité des pili de type IV qui reconnaissent les glycolipides asialo-GM1 et –GM2 et sont impliquées dans le processus d'adhésion (Hahn 1997).
Plusieurs gènes ont été identifiés, mais l'implication de ce type d'organite dans le processus d'adhésion n'a pas encore été démontrée chez P.
PA-IL et PA-IIL
Cette dernière observation a permis d'émettre l'hypothèse d'un rôle de la lectine dans la perméabilisation de la membrane cellulaire, ce qui la rendrait plus vulnérable à l'action d'autres facteurs de virulence. Dans le génome de l'insecte pathogène Photorabdus luminescens, une séquence a été identifiée, correspondant à l'hypothétique protéine Plu2096, montrant 36 % d'identité et 48 % de similarité avec PA-IL ; tous les acides aminés impliqués dans la reconnaissance des sucres sont également bien conservés. Certaines séquences présentant une forte identité avec PA-IIL ont été identifiées dans les génomes d'autres bactéries opportunistes, comme le montre l'alignement présenté sur la figure 2.10.
Sa structure tridimensionnelle est presque identique à celle du PA-IIL et tous les résidus impliqués dans la liaison du calcium sont très bien conservés (Sudakevitz, Koslanova et al. 2004). Cependant, le RS-IIL préfère se lier au mannose et non au fucose comme le PA-IIL et cette préférence semble être due à une différence de trois acides aminés dans la boucle de spécificité. Dans toutes ces séquences, les résidus impliqués dans la reconnaissance du calcium sont hautement conservés, de sorte qu'ils peuvent être annotés comme protéines liant le calcium.
L'abondance de lectines dans les champignons est remarquable et un test d'agglutination réalisé sur plus de 400 échantillons a permis de déterminer la présence de lectines dans la moitié des champignons analysés (Pemberton 1994).
Caractéristiques
This compound consists of the tetrasaccharide l-rhamnopyranosyl-(1!3)-O-a-l-rhamno-pyrasonyl-(1!2)-O-b-d-glucopyranosyl-(1!2)-O-b-d-fucopyranoside linked to jalapenoic acid to form a macrocyclic ester with a 19-membered ring (Scheme 1). The conformations observed in the crystal structure of tricolorin A are shown by squares and those of the synthetic analogue by circles. All these results were used for the generation, before the full optimization of the tetradecamer.
In the case of the isolated Lex group, these reductions in flexibility are a fairly general feature of the molecule. Disaccharide maps for C and core linkages buried within the structure. The lowest disaccharide minimum is populated only in the case of C1 linkage.
The energies of the conformations are plotted against the W angle for the b-GlcNAc(1fi3)-b-Gal linkage (on the left) and for the b-Gal(1fi3)-a-GalNAc linkage (on the right ). The third family is similar to the first one except for the orientation of the a-NeuNAc(23)-b-Gal in the C S-Lex group. B : Comparison of the calcium binding site in the calcium-free (left) and in the metal-bound (right) (PDB code 1L7L) structures.
In total, four water molecules are stored in the four binding sites of the asymmetric unit as listed in Table 2. The results showed a monotonic decrease in the exothermic heat of binding until saturation is reached. The resulting heat capacity of PA-IIL calculated from the linear part of the curve (from 5 to 25°C) gives a value of -258 J mol-1K-1 (Figure 4).
Asp95 hydrogen bond, as observed in the crystal structure of the PA-IIL-mannose complex (19). FIGURE 4: Comparison of the heat capacity plot for binding of CV-IIL (filled symbols) and PA-IIL (empty symbols) to Me-R-Fuc. 2006) Production and properties of the native ChromobacteriumViolaceum fucose-binding lectin (CV-IIL) compared with homologous lectins of Pseudomonas aeruginosa (PA-IIL) and Ralstonia solanacearum (RS-IIL), Microbiology.
Patterns of complex and oligomannose glycans of uromodulin (Tamm-Horsfall glycoprotein) during pregnancy. 2006) Production and properties of a native fucose-binding lectin of Chromobacterium violaceum (CV-IIL) compared to homologous lectins of Pseudomonas aeruginosa (PA-IIL) and Ralstonia solanacearum (RS-IIL).
