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Oligosaccharides

publié le

(Yongmin Zhang)

Les interactions protéine-protéine et acide nucléique-acide nucléique sont bien connues dans les processus biologiques. Mais l’interaction sucre-sucre reste depuis longtemps très peu connue. Pourtant lorsque deux surfaces cellulaires s’approchent l’une de l’autre, les motifs structuraux les plus extérieurs sont les oligosaccharides, qui attachent à des protéines et des lipides formant des glycoprotéines et des glycolipides. Ce sont les premiers candidats de la reconnaissance cellulaire.

En 1989, un résultat fascinant au niveau de la glycobiologie a été obtenu par l’équipe américaine du professeur Hakomori à l’Université de Washington (Seattle, USA). Ces chercheurs ont proposé l’existence d’une interaction homotypique spécifique, en présence d’ion calcium ou d’autres ions bivalents, entre oligosaccharide Lewisx comme première étape de la compaction de l’embryon de souris [1].

Le composé impliqué dans cette reconnaissance contient l’épitope pentasaccharidique Lewisx qui se présente à la surface des cellules sous la forme du glycolipide suivant :

Les interactions Lewisx-Lewisx ont été démontrée indirectement par l’équipe d’Hakomori avec des méthodes biologiques. En particulier, des liposomes présentant le motif Lewisx sur leur surface interagissent avec des glycolipides type Lewisx appliqués sur une surface plastique ; d’autres motifs sucres ne donnent pas lieu à de telles interactions, indiquant une spécificité. La démonstration directe de l’importance des interactions Lewisx-Lewisx (interaction spécifique sucre - sucre) dans le développement (qu’il soit naturel ou cancéreux) est d’une grande portée, les oligosaccharides peuvent être perçus comme des molécules clés impliquées, par reconnaissance mutuelle, dans les bases moléculaires de l’oncogenèse et l’organogenèse des systèmes biologiques complexes.

En collaboration avec l’équipe du Dr. Perez, Directeur de Recherche au CNRS (UMR 8550), département de physique de l’Ecole Normale Supérieure, nous avons étudié les interactions Lewisx-Lewisx en présence de Ca2+ par utilisation de la micromanipulation de vésicule. Nous avons ainsi réussi pour la première fois de mesurer directement l’interaction sucre-sucre [2] . Il est maintenant possible de quantifier ces forces, même ils sont très faibles. Ces mesures faites avec un néoglycolipide sont en accord avec la proposition du biologiste, Prof. Hakomori. Nous avons montré que des oligosaccharides neutres de surfaces sont capables, en présence de Ca2+, de promouvoir la déformation et l’adhésion de liposome, objet possédant des propriétés mécaniques proche des cellules [3] .

Dans l’étude précédente, le glycolipide utilisé était un néoglycolipide [4] :

Afin d’avoir une meilleur compréhension sur ce type d’interaction, il est important d’utiliser le glycolipide naturel. Comme il est difficile d’obtenir, par les biologistes, les sphingolipides naturels contenant du Lewisx en états purs (composés hétérogènes) et en quantité suffisante pour nos études, nous avons effectuer une synthèse totale de ce composé.

L’étude d’interaction sucre - sucre sur ce glycolipide Lewisx naturel montre que l’énergie d’adhésion spécifique produite par reconnaissance Lewisx-Lewisx a été augmentée considérablement par rapport à celle produite par le néolipide Lewisx 10.

L’énergie d’adhésion spécifique (mJm-2)
Lewisx-Lewisx (néolipide) 9.5
Lewisx-Lewisx (naturel) 47.5

L’interaction Lewisx-Lewisx a été suggérée comme spécifique. Pour démontrer son caractère spécifique, nous avons étudié l’interaction Lewisx-Lewisa. Lewisa est un isomère de Lewisx. Dans la molécule de Lewisx, le sucre fucose est connecté à la glucosamine par une liaison a1_3, le sucre galactose est connecté à la glucosamine par une liaison b1_4 ; tandis que dans la molécule de Lewisa, c’est un cas de permutation pour les deux sucres fucose et galactose :

Glycolipide Lewisa

L’interaction glycolipide Lewisx - glycolipide Lewisa a été étudiée par la micromanipulation de vésicule, le résultat a été comparé avec celui de glycolipide Lewisx - glycolipide Lewisx

Energie d’adhésion (mJm-2)
Vésicule gauche Vésicule droite dans CaCl2 (0.11M) dans NaCl (0.2M)
Glycolipide Lewisx Glycolipide Lewisx 67.8±24.0 26.6±2.1
Glycolipide Lewisx Glycolipide Lewisa 15.1±6.6 21.4±5.8

Ces résultats montrent que les interactions non-spécifiques pour ces deux systèmes sont similaires, comme démontré par les résultats obtenus dans la solution NaCl où la substitution de Lewisx par Lewisa n’a pas d’effet significatif sur l’adhésion. Par contre, l’énergie d’adhésion pour la paire Lewisx - Lewisx augmente significativement en présence d’ion calcium, tandis que celle pour la paire Lewisx - Lewisa baisse légèrement. La forte augmentation spécifique obtenue pour la paire Lewisx - Lewisx démontre que les deux déterminants Lewisx portés par les molécules naturelles insérées dans la bicouche lipidique peuvent se reconnaître et produire l’adhésion additionnelle. Le choix du glycolipide Lewisa comme contrôle montre clairement la spécificité de l’interaction Lewisx - Lewisx, une permutation de deux sucres dans la molécule peut complètement supprimer la capacité de la reconnaissance du glycolipide [5].


[1I. Eggens, B. Fenderson, T. Toyokuni, B. Dean, M. Stroud, S. Hakomori, J. Biol. Chem. 1989, 264, 9476-9484.

[2F. Pincet, T. Le Bouar, Y. Zhang, J. Esnault, J. M. Mallet, E. Perez, P. Sinaÿ, Biophys. J. 2001, 80, 1354-1358.

[3C. Gourier, F. Pincet, E. Perez, Y. Zhang, J.-M. Mallet, P. Sinaÿ, Glycoconjugate J. 2004, 21, 165-174.

[4J. Esnault, J.-M. Mallet, Y. Zhang, P. Sinaÿ, T. Le Bouar, F. Pincet, E. Perez, Eur. J. Org. Chem. 2001, 253-260.

[5C. Gourier, F. Pincet, E. Perez, Y. Zhang, Z. Zhu, J.-M. Mallet, P. Sinaÿ, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44 (11), 1683-1687.