L’acide hyaluronique (HA)

L'HA a été découvert en 1934 par Meyer et Palmer (Meyer & Palmer 1934) et isolé à partir de l'humeur vitrée de l’œil d’où le nom d’acide hyaluronique (hyalos signifiant la vitrée), aussi appelée hyaluronane ou hyaluronate. C'est une molécule largement distribuée dans le monde du vivant car elle est retrouvée également dans des capsules bactériennes (e.g chez

Streptococcus pyogenes) (Kendall et al. 1937). Des gènes codant les protéines de synthèse des

HA (les HA synthétases ou HAS) ont été retrouvés aussi dans le monde viral (DeAngelis et al. 1997).

Comme vu précédemment, les HA ne sont jamais reliés à une protéine cœur et ne sont donc pas des PG stricto sensu. Les chaines d’HA ont une masse moléculaire très importante et un fort pouvoir rhéologique leur conférant des propriétés hydrodynamiques remarquables, essentielles au niveau des articulations. Les HA jouent un rôle dans l’homéostasie et dans l’intégrité biomécanique, dans les mouvements cellulaires notamment au cours de l’embryogenèse, lors de la cicatrisation, mais aussi dans des phénomènes d’inflammation et de cancérogenèse.

a) Synthèse

L’acide hyaluronique (HA) est le seul glycosaminoglycane non lié à une protéine cœur, mais il diffère sous de nombreux autres aspects. En effet, le lieu de la synthèse de la chaine ne se fait pas au niveau de l’appareil de Golgi comme nous le verrons pour les autres GAG

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mais au niveau de la membrane plasmique via les acides hyaluroniques synthétases (HAS) I, II et III (Philipson et al. 1985).

Les HAS sont des enzymes possédant 7 domaines transmembranaires qui catalysent la formation des liaisons entre les acétyl-glucosamines (GlcNAc) et les acides glucuroniques (GlcA) ainsi qu’entre les acides glucuroniques et les acétyl-glucosamines qui composent le GAG (DeAngelis & Weigel 1994). Au cours de l’élongation de la chaine, l’HA est relargué dans le milieu extracellulaire (Prehm 1984) par des transporteurs (Schulz et al. 2007). Ce mode de synthèse unique parmi les autres macromolécules permet de synthétiser de très longues chaines d’HA sans les concentrer dans un compartiment où la viscosité induite pourrait être délétère. Les 3 isoformes d’HAS possèdent des propriétés différentes, notamment par les longueurs de chaines d’HA qu’elles synthétisent de 200 à 2000kDa pour les HAS I et III (jusqu'à 5000 unités disaccharidiques) et plus de 2000kDa pour les HA synthétisés par l’HAS II (Itano et al. 1999).

Lors de la synthèse, les HAS interagissent avec la forme nucléotidique active des sucres qui composent l’HA (l’uridine diphosphate N-acétylglucosamine ou UDP-GlcNAc et l’uridine diphosphate glucuronate ou UDP-GlcA) par un mécanisme à 2 sites de fixation. Quand les 2 sucres sont fixés, l’enzyme catalyse la formation d’un disaccharide en faisant interagir l’extrémité réductrice du sucre en position non-réductrice avec le sucre en position réductrice. Cette réaction libère l’UDP du sucre en position non-réductrice. Le sucre en position réductrice lui est toujours lié à l’enzyme et à son UDP. La réaction libère un site de fixation où un nouveau UDP-sucre va pouvoir venir se fixer. La néo-chaine d’HA va être liée à l’UDP-monosaccharide

via son côté réducteur relargant ainsi son UDP. Le site vacant sur l’HAS va ainsi pouvoir

interagir avec un nouveau sucre et la synthèse de la chaine va pouvoir se poursuivre par l’ajout successif de GlcA et GlcNAc. Chaque site est spécifique d’un monosaccharide (Figure 18) (Prehm 1983). L’étape d’initiation de la polymérisation de la chaine d’HA débuterait par la

Figure 18 : Modèle à deux sites pour la synthèse de l’acide hyaluronique. Une chaine de HA avec n disaccharides est montrée schématiquement (A). Un cycle (ABCD) ajoute un disaccharide à la chaine de départ en cours de polymérisation à partir de deux UDP-sucres substrats.

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fixation des précurseurs au niveau de l’HAS et ne se différencierait pas donc de l’étape d’élongation. L’étape de terminaison de la chaine d’HA est également mal connue. Toutefois, l’expression des 3 isoformes de l’HAS est finement régulée ce qui pourrait s’expliquer par le fait que chaque enzyme est codée sur un chromosome différent (Spicer et al. 1997) (Pienimaki et al. 2001) (Karvinen et al. 2003).

b) Structure

La structure du motif disaccharidique [-4GlcAβ1-3GlcNAcβ1-] a été déterminée dans les années 1950 (Weissmann & Meyer 1954) (Figure 19). Du fait de sa synthèse au niveau de la membrane plasmique et de son extrusion au cours de celle-ci, le polysaccharide n’est pas modifié et la chaine

native est donc sécrétée telle quelle dans le milieu extracellulaire. Une fois sécrétées, les chaines d’HA vont se replier de manière aléatoire en formant des « pelotes » (on parle de repliement

random coil) très hydrophiles rendant le milieu alentour viscoélastique. Cependant, les

chaines d’HA peuvent interagir faiblement entre elles et de manière transitoire via leurs côtés hydrophobes et/ou par des liaisons hydrogènes (Scott & Heatley 2002).

Les chaines d’HA sont constituées de 200 à 20 000 répétitions de l’unité disaccharidique pour une masse moléculaire de 200 à 104_{kDa. Dépliée, une chaine peut}

mesurer de 2 à 25µm (plus grand qu’une bactérie E.coli !). Le polymère a une certaine rigidité qui s’explique à la fois par la formation de réseaux transitoires de liaisons hydrogènes intramoléculaires au niveau des liaisons glycosidiques et également par la conformation « chaise » adoptée par l’acide glucuronique et la N-acétylglucosamine. Toutefois, cette conformation varie notamment lors d’interaction avec un partenaire protéique (Marković- Housley et al. 2000) au niveau de régions hautement flexibles et dynamiques (Day & Sheehan 2001).

c) Catabolisme

Le catabolisme des HA ainsi que des autres GAG est similaire puisqu’il fait intervenir des enzymes de dégradation possédant un spectre large de digestion. Ce processus sera détaillé pour les HA, KS, CS et HS/Hp dans une autre partie.

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