Les glycoprotéines sont des macromolécules composées d’une molécule de protéine et d’un ou de plusieurs enchaînements glucidiques. Elles constituent de nombreuses cellules des organismes vivants : humain, animal ou végétal. Chez l’Homme, elles se trouvent pratiquement dans tous les liquides et les tissus biologiques. Ces hétéroprotéines sont synthétisées dans l’organisme et remplissent diverses fonctions. 

Description des glycoprotéines

Les glycoprotéines sont des protéines sur lesquelles se fixent une ou plusieurs chaînes d’oligosaccharides. Elles font partie intégrante des membranes et des noyaux cellulaires, ainsi que de la matrice extracellulaire. Certaines de ces macromolécules sont spécifiquement sécrétées par des organes comme le foie et l’hypophyse. Elles exercent des fonctions variées dans les processus biologiques, tels que la reconnaissance cellulaire, la régulation enzymatique, etc.

Formation des glycoprotéines

La synthèse des glycoprotéines, appelée « glycosylation », implique la liaison d’un glucide à une chaîne peptidique, en l’occurrence une protéine. Selon l’acide aminé qui constitue cette dernière, trois types de réaction sont possibles :

• l’O-glycosylation implique la fixation d’un groupe de glycanes à l’acide aminé sérine ou thréonine (OH), formant une liaison O-glycosidique.
• La C-glycosylation est le processus au cours duquel un ose se fixe sur l’acide aminé tryptophane (en C2), créant une liaison C-glycosidique.
• La N-glycosylation lie un polysaccharide à l’acide aminé asparagine (NH2), produisant une liaison N-glycosidique.

En outre, la glycosylation n’est pas spontanée : elle nécessite l’action catalytique d’enzymes spécifiques.

Structure des glycoprotéines

Les molécules de glycoprotéines présentent une structure divisée en deux parties : une protéique et une glucidique, liées par une liaison covalente.

Partie protéique

Cette partie est constituée d’une protéine, une macromolécule biologique composée d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. Chacun de ces aminoacides comprend un groupe amine, un groupe carboxyle et un atome d’hydrogène. Une chaîne latérale spécifique, comportant des atomes de carbone, confère une structure et une fonction uniques à chacune de ces substances organiques. Cette partie représente généralement 75 % de la masse totale de la glycoprotéine.

Les anticorps

Les anticorps sont des composés complexes déployés par le système immunitaire adaptatif. Ils ont pour fonction de repérer et de neutraliser les agents pathogènes tels que les bactéries ou les virus.

Sous certaines conditions, l’organisme peut générer des anticorps dirigés contre ses propres constituants. Cette anomalie entraîne l’apparition de maladies auto-immunes et la production de ce qu’on appelle les « auto-anticorps ».

Les immunoglobulines

Les immunoglobulines, glycoprotéines dotées d’activité anticorps, sont présentes dans les liquides biologiques. Elles se lient spécifiquement (de manière non covalente) aux antigènes correspondants.

De fait, les anticorps constituent une sous-classe des immunoglobulines, avec une fonction particulière dans la défense immunitaire. Toutefois, ces termes s’utilisent fréquemment de manière interchangeable.

Les laminines

Les laminines, hétéroprotéines de grande taille, participent aux phénomènes de migration cellulaire, notamment pendant le développement embryonnaire. Les laminines 1 et le collagène IV forment un réseau qui sert de base fonctionnelle et structurelle aux tissus.

Les laminines génétiquement non fonctionnelles sont à l’origine de certaines affections, dont la dystrophie musculaire congénitale. Cette dernière résulte de la mort des cellules musculaires en raison de l’absence de signal de survie envoyé aux laminines par les intégrines.

Les fibronectines

Présentes dans la matrice extracellulaire, les fibronectines sont indispensables à l’adhérence des cellules à cette structure. Caractérisées par leur poids moléculaire élevé, ces glycoprotéines sont solubles dans le plasma sanguin ainsi que d’autres liquides biologiques. En outre, elles se présentent sous forme insoluble dans les tissus.

La fibronectine intervient dès les premiers stades de l’embryogenèse, au cours de la migration cellulaire, notamment lors du développement des neurones.

Les collagènes

Les collagènes constituent une famille de glycoprotéines présentes dans la matrice extracellulaire des tissus conjonctifs (cartilage, os, tendons, ligaments, peau, etc.). Actuellement, cette entité se compose de 28 types différents, numérotés de I à XXVIII. Ils correspondent à environ un tiers de l’ensemble des protéines présentes dans le corps humain.

Les hormones

La famille des gonadotrophines est un exemple bien connu de glycoprotéines hormonales. Elle comprend, entre autres, la FSH (folliculo-stimulante) et la LH (lutéinisante). Produites par l’hypophyse, elles régulent les fonctions reproductrices.

Les hormones sont sécrétées par des structures spécifiques telles que les glandes endocrines, en réponse à une stimulation. Une fois dans la circulation sanguine, elles ont la capacité, même à de faibles concentrations, d’affecter un organe ou un tissu cible équipés de récepteurs spécifiques. Ces substances exercent une action physiologique, permettant ensuite de réguler leur propre synthèse.

Les céruloplasmines

Les céruloplasmines (ou « céruléoplasmines ») sont des glycoprotéines plasmatiques contenant huit atomes de cuivre par molécule. Elles convertissent les ions ferreux en ions ferriques, facilitant ainsi leur transport par la transferrine. Après leur production, le foie les libère dans la circulation sanguine.

La concentration moyenne de céruléoplasmine dans le plasma sanguin accroît en cas de syndromes inflammatoires. Elle est d’environ 400 mg/L chez la femme, et augmente pendant la grossesse. Chez l’homme, cette teneur est de 350 mg/L.

Les mucines 

Les mucines sont des glycoprotéines présentes dans diverses sécrétions muqueuses telles que le liquide synovial ainsi que la mucine gastrique et sous-maxillaire. Leur accumulation est observée dans les mucinoses.

Ces substances sont sécrétées par les cellules appelées « mucosécrétantes » dans les cavités de l’organisme. Elles protègent les parois de ces dernières contre l’action corrosive des enzymes en formant une barrière.

Propriétés des glycoprotéines

Les glycoprotéines sont essentielles au bon fonctionnement de l’organisme. Voici un aperçu de quelques-unes de leurs fonctions.

Détermination du groupe sanguin

Les antigènes ABO à l’origine du groupe sanguin sont constitués de glycanes rattachés à des lipides membranaires ou à des hétéroprotéines glucidiques. Leur présence ou leur absence à la surface des globules rouges définit les différents groupes sanguins (A, B, AB et O). Ces structures antigéniques ne permettent pas à l’organisme d’intégrer des hématies étrangères.

Fécondation

Dans le processus de fécondation, deux glycoprotéines sont essentielles pour permettre l’introduction du spermatozoïde à l’intérieur de l’ovocyte. La ZP3, présente sur la zone pellucide de l’ovocyte, agit comme un récepteur en se liant au gamète mâle. Cette interaction déclenche la libération d’enzymes favorisant la traversée de cette matrice extracellulaire. 

Par la suite, la PH-30, présente cette fois sur la membrane plasmique de l’ovocyte, initie un second processus similaire.

Inflammation

Les sélectines et les intégrines, glycoprotéines présentes dans l’espace transmembranaire des leucocytes et des cellules endothéliales, interviennent dans les processus inflammatoires. Les premières servent de signaux d’arrêt pour les globules blancs, les retenant près des vaisseaux sanguins enflammés. Les secondes agissent en renforçant l’adhérence des globules blancs, et en facilitant leur passage à travers la paroi des vaisseaux, un phénomène appelé « diapédèse ».

Ces interactions coordonnées guident ainsi les globules blancs vers la zone inflammée pour combattre les infections ou les dommages.

Implication des glycoprotéines dans des pathologies

Des altérations survenant lors de la synthèse des glycoprotéines peuvent conduire à l’émergence de pathologies sévères. De telles modifications ont été observées dans la plupart des cancers, des maladies neurodégénératives et des maladies auto-immunes.

En outre, de nombreux agents pathogènes tels que les virus et les bactéries utilisent les sucres présents à la surface des cellules comme points d’entrée.

La glycoprotéine Spike, située à la surface du virus SARS-CoV-2, facilite sa pénétration dans les cellules, déclenchant la réponse immunitaire lors de l’infection.

Le virus de l’immunodéficience humaine (VIH), responsable du SIDA (syndrome d’immunodéficience acquise), pénètre dans les lymphocytes T en se liant aux « CD4 », des glycoprotéines membranaires qui font office de récepteurs.

Les rhinovirus, agents pathogènes à l’origine du rhume, se lient à la glycoprotéine ICAM-1. Le virus de la rage s’attache à celle nommée « N-CAM ». Le paludisme utilise le récepteur de l’interleukine 8 pour pénétrer dans les globules rouges.

L’arthrite rhumatoïde est caractérisée par une inflammation chronique des articulations. Elle résulte de l’interaction anormale et excessive entre la protéine du mannose (MBP) et l’immunoglobuline G (IgG). Ce phénomène est causé par une glycosylation anormale des IgG.

Applications des glycoprotéines

Les glycoprotéines synthétisées en laboratoire trouvent des applications pratiques dans le domaine thérapeutique ou pharmaceutique. En outre, des études supplémentaires sont nécessaires pour déterminer les mécanismes et les effets spécifiques de chaque nutriment sur la glycosylation des protéines.

Défense immunitaire

Les cellules immunitaires sont constituées d’hétéroprotéines glucidiques. Généralement, maintenir une alimentation équilibrée et diversifiée contribue à la santé globale. À l’inverse, une carence en divers nutriments peut perturber le fonctionnement et la production des anticorps ainsi que des cellules immunitaires en particulier.

Élaboration de vaccins

Un potentiel vaccin contre la COVID-19 incorpore la glycoprotéine membranaire, dite G, du virus de la stomatite vésiculaire (VSV). Précisément, si cette molécule est ajoutée au vecteur viral des vaccins, ces derniers induisent de fortes réponses anticorps. Ces résultats ont été constatés après une injection par voie intramusculaire sur des souris.

Le vaccin antirabique favorise la production de glycoprotéines G, élément constitutif des principaux antigènes du virus de la rage. Il inocule de l’ARNm qui code pour la production de ces antigènes, provoquant la réponse immunitaire. L’organisme est ainsi préparé à reconnaître et à combattre cette pathologie de manière plus efficace.

Transport de médicaments

La glycoprotéine P, une protéine transmembranaire, intervient dans le transport de divers médicaments et xénobiotiques. Elle agit principalement au niveau des barrières hémato-encéphalique et placentaire, ainsi qu’au niveau des tissus intestinaux et rénaux.

Diagnostic

Certaines glycoprotéines ayant subi des altérations structurelles sont fréquemment liées à diverses affections, dont le cancer. Ces molécules modifiées peuvent ainsi être exploitées en tant que biomarqueurs dans le diagnostic de ces maladies.