Equipe GlycoBio

Glycobiologie moléculaire, cellulaire et translationnelle

Responsables : Sandrine GULBERTI, Mohammed OUZZINE et Guillermo BARRETO

Les GAG sont les molécules les plus abondantes sur terre et des composants fondamentaux des cellules et tissus des organismes vivants. Leur rôle primordial dans une multitude de mécanismes biologiques, ainsi que leur potentiel thérapeutique et diagnostique, ont longtemps été sous-estimés. Ces biomolécules complexes sont des polymères oligosaccharidiques linéaires sulfatés, liés à des protéines sous forme de protéoglycanes (PG). Les PG sont stratégiquement associés aux membranes plasmiques, abondants dans les matrices extracellulaires (MEC) et récemment observés dans le noyau cellulaire. Leur importante capacité d’interaction avec des effecteurs cellulaires (comme les facteurs de croissance et les cytokines) font des PG et des GAG des régulateurs physiopathologiques fondamentaux des processus cellulaires et tissulaires.

Les recherches de l’équipe GlycoBio s’appuient sur des approches multi-échelles, de la molécule au patient pour disposer de connaissances fondamentales en glycobiologie afin de proposer des outils thérapeutiques et diagnostiques dans des pathologies impliquant des perturbations de la biosynthèse des GAG et/ou des collagènes. L’équipe explore la machinerie de biosynthèse et les mécanismes physiopathologiques d’assemblage des GAG et des collagènes, principales macromolécules du micro- et macro-environnement cellulaire. Nous étudions la structure, les fonctions et les régulations des enzymes responsables de la biosynthèse et de la maturation des GAG (glycosyltransférases, sulfotransférases) et du collagène (lysyl oxidase, prolyl hydroxylases), mais également les fonctions moléculaires atypiques des GAGs, notamment dans l’organisation nucléaire.

Mots-clés: Protéoglycanes (PG), glycosaminoglycanes (GAG), matrice extracellulaire (MEC), glycosyltransférases, épigénétique, approches multi-omiques, cancer, fibrose, maladies génétiques rares.

Axes de recherche

Axe 1 – dirigé par Sandrine Gulberti

L’objectif de l’axe 1 est de comprendre les mécanismes d’assemblage des GAG et des collagènes ainsi que leurs interactions dans la matrice extracellulaire en situation physiopathologique. Nous ciblons principalement les maladies génétiques rares dues à des variants pathogènes des enzymes d’initiation de la biosynthèse des GAG (aussi appelées linkeropathies) impliqués dans certains syndromes d’Ehlers-Danlos (SED). Nous étudions également d’autres maladies génétiques rares du métabolisme des GAG comme les mucopolysaccharidoses (MPS) et des pathologies plus fréquentes telles que la fibrose et les cancers dans lesquelles les GAG et les collagènes jouent un rôle important. A terme, les connaissances de ces systèmes de biosynthèse et de leur régulation permettront de développer des thérapeutiques corrigeant les métabolismes affectés en situation pathologique.

Nous explorons l’hypothèse selon laquelle les glycosyltransférases et leurs potentiels partenaires (comme les kinases ou les sulfotransférases) sont associés en complexes multiprotéiques dans l’appareil de Golgi, assurant et régulant la formation de l’amorce des chaines de GAG. Pour le démontrer, nous faisons appel à des techniques d’immunoprécipitation, de fluorescence, des approches biophysiques et structurales (collaboration avec l’IBS à Grenoble) et bio-informatiques (collaboration avec le LORIA à Nancy). Nous étudions in silico et expérimentalement les conséquences des variants pathogènes d’une glycosyltransférase impliquée dans la biosynthèse l’amorce, la β3GalT6, sur sa structure et sa fonction et la potentielle influence délétère des mutations sur la formation des complexes multiprotéiques (projet financé par l’ANR 2023, Glycolink).

Nous explorons plusieurs pistes diagnostiques des SED basées sur des approches transcriptomiques et protéomiques pour aboutir à un diagnostic fiable de la maladie, complétant ainsi l’identification de la mutation des gènes codant les enzymes cible de ces linkeropathies (collaboration avec le Centre de Génétique Moléculaire de Gent en Belgique). Des approches biochimiques complémentaires et de spectrométrie de masse fourniront des données supplémentaires sur la maturation et l’assemblage des GAG et des collagènes. La correction des variants pathogènes par ingénierie moléculaire est une piste que nous explorons en parallèle à l’aide de modèles cellulaires invalidés pour les gènes cible.

Nous avons également initié le développement d’inhibiteurs de la biosynthèse des GAG en ciblant une enzyme précoce de la voie de biosynthèse, la β4GalT7 dans le contexte du traitement des mucopolysaccharidoses (MPS). Ce projet s’appuie sur l’identification dans notre équipe de candidats issus d’un criblage haut débit capables d’inhiber l’activité de la β4GalT7 in vitro (collaboration avec la PCBIS à Strasbourg). Le projet inclut la validation de candidats médicaments in vitro et in cellulo ainsi que des approches in silico utilisant des modèles bio-informatiques tridimensionnels dynamiques. D’autres enzymes ou cofacteurs/partenaires pourront en parallèle être considérés comme cibles d’inhibiteurs (projet financé par la Fondation Maladies Rares).

Axe 2 – dirigé par Mohammed Ouzzine

Les travaux de l’axe 2 portent sur l’étude du rôle physiopathologique, de la régulation dans les conditions normales et pathoilogiques des protéoglycanes (PGs). Nous avons développé des souris knock-out pour le gène de la XT-I, GT responsable de l’initiation de la synthèse des chaînes de GAG des PGs. Nous avons montré que la déficience en XT-I chez la souris induit un nanisme sévère dû à l’accélération de l’hypertrophie chondrocytaire et de l’ossification endochondrale associée à une perte de l’organisation des chondrocytes et des fibres de collagène dans la plaque de croissance. Ces anomalies pourraient être à l’origine du nanisme produit par la déficience en XT-I chez les patients atteints du syndrome Desbuquois. Nous souhaitons par la suite identifier les mécanistiques responsables de la perte de synthèse des chaînes longues de GAG des PG induit par l’invalidation de la XT-I. Identifier les mécanismes responsables des anomalies osseuses observées chez les patients déficients en XT-I en utilisant des souris knockout pour le gène au niveau des progéniteurs d’ostéoblastes.

Les travaux portent également sur TMEM165, une protéine du Golgi identifiée chez des patients atteint du syndrome CDG et dont la fonction serait le maintien de l’homéostasie en ion Ca2+/Mn2+.Nous avons montré pour la première fois que la déficience en TMEM165 inhibe la polymérisation des chaînes de GAG des PG en utilisant les fibroblastes de patients CDG et des cellules invalidées pour TMEM165. Nous avons généré des souris invalidées pour le gène TMEM165 au niveau du cartilage et de l’os, respectivement. Ces souris présentent un nanisme important et des anomalies osseuses mimant la pathologie humaine. Nos objectifs sont : 1) Déterminer l’impact de la délétion de TMEM165 sur la synthèse des PG dans la plaque de croissance et dans les tissus osseux. 2) Explorer les anomalies du développement ostéoarticulaire et déterminer les mécanismes moléculaires impliqués. 3) Evaluer l’effet de la supplémentation en Mn²⁺ sur le phénotype des souris invalidées pour le gène de TMEM165. Ce projet est financé par l’ANR ENIGMncA obtenu en 2022.

Axe 3 – EPIGLYCAN – Épigénétique et glycanes nucléaires – dirigé par Guillermo Barreto

Les activités scientifiques du groupe de recherche EPIGLYCAN sont centrées sur les mécanismes épigénétiques régulant la transcription et l’organisation tridimensionnelle (3D) du génome dans des conditions physiologiques et leurs altérations dans des pathologies chroniques, telles que le cancer du poumon et la fibrose pulmonaire.

Nous possédons une vaste expertise scientifique dans la régulation de la transcription médiée par la chromatine et dans l’organisation du génome 3D médiée par des complexes macromoléculaires ARN-protéine contenant des protéines non histones associées à la chromatine, des ARN nucléaires non codants (ARNnc) et des structures secondaires d’ADN. Dans ce contexte nous étudions également le rôle des glycanes nucléaires.

Nous utilisons dans nos projets la spectrométrie de masse à haute résolution et les technologies de séquençage de nouvelle génération (NGS) pour surveiller divers aspects pertinents pour la régulation de la transcription médiée par la chromatine et l’organisation du génome 3D, tels que les protéines nucléaires, les glycanes nucléaires, les modifications d’histone, le dépôt d’histone, Méthylation de l’ADN, ARNnc régulateurs, structures secondaires d’acides nucléiques, territoires chromosomiques, domaines d’association topologique (TAD) auto-interactifs, entre autres.

L’analyse intégrative de ces études multi-omiques donne un aperçu des processus se produisant dans le noyau des cellules dans des conditions physiologiques et de leurs altérations dans des pathologies chroniques. Les mécanismes identifiés dans ces études multi-omiques sont ensuite confirmés par des expériences fonctionnelles basées sur des modèles pathologiques in vivo chez la souris et sur des tissus humains.