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Un atlas biochimique pour mieux soigner

Ils sont partout. Toutes les cellules vivantes et de nombreuses molécules naturelles, comme les protéines et les lipides, portent un ensemble de molécules apparentées aux sucres, appelés glycannes. Ce sont elles qui permettent, par exemple, aux cellules de se reconnaître entre elles. Mais ce n’est qu’un cas parmi d’autres de leur implication dans un nombre considérable de processus biologiques. Chez les humains, en particulier, de très nombreuses maladies chroniques − dystrophies musculaires, diabète, cancers, mucoviscidose − et infectieuses les mettent en jeu. Mieux comprendre ces pathologies implique donc d’étudier par exemple les dérèglements induits par la présence ou l’absence de tel ou tel glycanne à la surface d’une cellule ou sur une molécule. Pour cela, les laboratoires de recherche en biologie utilisent fréquemment un « modèle star » parmi les vertébrés, le poisson-zèbre. Le problème est que jusqu’ici, les scientifiques ne disposaient pas de catalogue détaillé de l’ensemble des glycannes du poisson-zébre, ce qui rendait très difficile la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents.

Mais un consortium international vient de dresser une cartographie complète des trois cents glycannes majeurs des huit organes du poisson zèbre, publiée dans la revue Nature Communications. Le consortium regroupe l’unité de glycobiologie structurale et fonctionnelle (UGSF − Université de Lille/CNRS), deux universités japonaises − Nagoya et Soka − et un institut de recherche taiwanais − Academia Sinica.

Désormais, les biologistes sont beaucoup mieux armés pour explorer les fonctions de ces différents glycannes. Non seulement grâce à cette carte, mais aussi par un autre type de données importantes établies par le consortium lors de la même étude : l’identification des gènes et des enzymes qui régulent la synthèse des glycannes. Chez les vertébrés, les scientifiques estiment en effet que pas moins de 2% du génome serait dédié à la synthèse des glycannes via la production d’un grand nombre d’enzymes. Agir sur les gènes qui viennent d'être identifiés pourrait donner lieu, par exemple, à la création de nouveaux médicaments.

Des « médiateurs »

La présence de glycanne à la surface d’une cellule module sa manière d’interagir avec les autres cellules, ou encore avec la matrice qui les contient. Ces interactions sont déterminantes pour le développement et le fonctionnement de tous les organismes multicellulaires complexes. Les glycannes peuvent également jouer un rôle de « médiateur » dans les interactions avec des organismes extérieurs (par exemple ceux qui le parasitent,  ou qui vivent en symbiose avec lui).

Décrypter le glycome, une tâche complexe

Comme les généticiens cherchant à explorer le génome, les spécialistes des glycosciences visent à déchiffrer en totalité le « glycome », c’est-à-dire l’ensemble de toutes les glycannes, ainsi que leurs structures chimiques, leurs sites d’accrochage − pour un type de cellule ou un organisme donné. Une tâche difficile pour plusieurs raisons. D’abord, parce que les glycannes ont des formes chimiques très diverses (beaucoup plus que les protéines par exemple, ou encore que les acides nucléiques, constituants de base de l’ADN). Ensuite, parce qu’un même site d’accrochage de glycanne peut en accueillir une très grande variété. En outre, parce que tous ces processus ne sont pas intangibles : ils évoluent au cours du développement de notre organisme, ou quand une cellule se spécialise, fait partie d’une tumeur maligne, s’il y a une inflammation ou une infection, etc. Enfin, parce que chaque organisme, tissu voire cellule produit un panel différent d’enzymes pour les synthétiser et les dégrader, d’où de grandes variations.

La publication scientifique

N. Yamakawa N, J. Vanbeselaere, L.Y. Chang, S.Y Yu, L. Ducrocq, A. Harduin-Lepers, J. Kurata, K.F. Aoki-Kinoshita, C. Sato, K.H. Khoo, K. Kitajima, Y. Guerardel. Systems glycomics of adult zebrafish identifies organ-specific sialylation and glycosylation patternsNat Commun. 2018 Nov 7;9(1):4647. doi: 10.1038/s41467-018-06950-3.

Cette étude a également mis en évidence un processus inédit de recyclage des sucres du microbiote intestinal pour la synthèse des glycannes du poisson-zèbre.