28 février 2018—Presque toutes les cellules vivantes sont parsemées de chaînes ramifiées de glucides appelées glycanes. Les glycanes jouent divers rôles dans la façon dont une cellule interagit avec son environnement.

Maintenant, des chercheurs du Scripps Research Institute (TSRI) ont décrit une nouvelle méthode pour orner les cellules de divers glycanes et cribler les interactions entre les glycanes et les protéines. Leur percée, publié aujourd'hui dans Communication Nature , peut étendre la recherche sur les rôles des glycanes dans les maladies humaines, y compris les cancers.

« Les scientifiques ont essayé de créer des puces à glycanes auxquelles tous les scientifiques intéressés par les glycanes peuvent accéder dans leurs propres laboratoires depuis des années, " dit Peng Wu, Doctorat, professeur agrégé TSRI et auteur principal de l'étude. "Nous ne l'avons pas seulement fait, mais nous l'avons fait d'une manière très facile."

Des chercheurs résolvent le problème du dépistage des glycanes

Les modèles de glycanes et de protéines liant les glycanes sur la membrane d'une cellule peuvent différencier les cellules cancéreuses des cellules saines, contrôlent les rôles des cellules dans le développement et contribuent à diverses interactions entre les cellules adultes. Les maladies génétiques qui affectent la capacité des cellules à créer correctement des glycanes peuvent raccourcir la durée de vie et entraîner des problèmes musculo-squelettiques.

Mais étudier les glycanes a été notoirement délicat. Alors que les scientifiques savent synthétiser diverses protéines et molécules d'ADN en laboratoire, la création de glycanes à la demande a été chimiquement difficile.

Pour étudier quelles protéines dans une cellule interagissent avec les molécules de glycane, les chercheurs se sont généralement tournés vers les matrices de liaison au glycane, dans laquelle des dizaines ou des centaines de glycanes sont attachés à une lame de verre. Les chercheurs exposent ensuite la lame aux cellules ou aux protéines d'intérêt et observent si les cellules ou les protéines collent aux glycanes de la lame. Mais la fabrication de ces matrices prend du temps et coûte cher.

"Autrefois, si vous vouliez faire un tableau avec 100 sucres, il fallait ensuite synthétiser chimiquement 100 sucres individuellement, ce qui peut être difficile, ", dit Wu. "Seuls des chimistes spécialisés dans les glucides peuvent les fabriquer dans certains laboratoires."

Wu et ses collègues ont plutôt décidé d'exploiter la puissance des enzymes que les cellules utilisent naturellement pour produire des glycanes. Ces enzymes fonctionnent par étapes pour créer des glycanes ramifiés - un petit morceau de sucre est fabriqué par une enzyme spécialisée, puis une autre enzyme crée la branche suivante de la chaîne, etc. Les chercheurs ont découvert que même des sucres non naturels structurellement liés peuvent être ajoutés de cette manière.

L'équipe de Wu a commencé avec des cellules d'ovaire de rongeur mutées qui avaient un répertoire très étroit de glycanes à leur surface. C'était un système plus simple que d'utiliser des cellules humaines avec de nombreux types de glycanes. Les chercheurs ont ensuite exposé les cellules à différents ensembles d'enzymes créant des glycanes pour contrôler l'ajout de branches glucidiques aux glycanes de chaque cellule.

Avec cette méthode, ils ont créé des matrices cellulaires chacune parsemée de glycanes différents, y compris contre nature.

"La seule limitation est les enzymes dont nous disposons, et le fait qu'il faut commencer par des cellules qui ont déjà une simple glycosylation, " dit Wu. "Mais nous avons pu créer tous les glycanes que nous voulions."

Mettre la bibliothèque à l'épreuve

Pour tester l'utilité de la nouvelle matrice de cellules, Wu et ses collègues ont passé au crible un ensemble de cellules, chacun affichant un glycane différent, pour déterminer ceux liés à Siglec-15, une protéine connue de liaison aux glycanes qui joue un rôle dans le développement et le remodelage osseux. Siglec-15 est considéré comme une cible potentielle pour les médicaments traitant l'ostéoporose postménopausique, il est donc essentiel de comprendre comment il interagit avec les glucides. L'équipe a identifié trois structures avec une forte liaison à Siglec-15.

Les chercheurs ont ensuite incubé des cellules ostéoprogénitrices humaines avec des cellules d'ovaire de rongeur mutées présentant l'une des trois structures au cours de la différenciation. L'équipe a découvert que ce processus supprimait la formation d'ostéoclastes, une cellule osseuse exprimant Siglec-15 qui absorbe le tissu osseux pendant la croissance et la guérison. Cette découverte renforce l'idée que Siglec-15 est une bonne cible pour les traitements de l'ostéoporose, et que la nouvelle stratégie de dépistage des glycanes peut orienter les chercheurs vers de nouveaux médicaments prometteurs.

"Nous ne savons pas si cela sera utilisé dans la grande communauté - cela dépend de la disponibilité des enzymes et des cellules, " dit Wu. " Mais si tout un tas de cellules avec des glycanes simples et homogènes peuvent être mis à disposition, ce serait énorme pour le terrain."