I. Introduction
I.4. Caractérisation de glycosyltransférases pariétales
I.4.2. Les glycosyltransférases impliquées dans la synthèse du Xyloglucane
synthèse du Xyloglucane
Le xyloglucane (XyG), comme les autres hémicelluloses, est synthétisé dans l’appareil de Golgi (Driouich et al., 2012). La chaîne principale est synthétisée par au moins
une cellulose synthase-like : CSLC4 (Cocuron et al., 2007) (figure I.25). Cette enzyme, à l’instar des autres protéines CSL, comporte plusieurs domaines transmembranaires. Son site actif est situé dans le cytosol (J. Davis, Brandizzi, Liepman, & Keegstra, 2010). Elle utilise l’UDP-Glucose pour synthétiser la chaîne principale, puis transfert cette dernière dans le lumen à travers la membrane de l’appareil de Golgi. Exprimée de manière recombinante dans la levure, CSLC4 est davantage active si la xylosyltransférase (XXT1) est co-exprimée. Pourtant cet organisme ne possède pas d’UDP-xylose et aucun xylose n’est alors détecté sur le glucane. L’activité de CSLC4 dépend donc de la présence de XXT1, mais pas nécessairement de son activité. Toutes les autres GTs impliquées dans les décorations de cette chaîne principale sont de type II avec le domaine catalytique exposé dans le lumen (Søgaard et al., 2012).
Figure I.25 : Glycosyltransférases identifiée de la synthèse de xyloglucanne
a) fragments de XyG de la paroi végétale d’un organe aérien (tube pollinique, tige, feuille) d’A. thaliana,
comportant un groupement fucose : XLFG. b) Motif retrouvé dans les racines d’A. thaliana, avec un acide
galacturonique à la place du galactose : XLZG. c) Motif présent chez les Solanaceae (monocot) avec un
arabinose remplaçant un galactose : XSGG. (Image F. Cicéron)
Le mécanisme gouvernant la xylosylation est encore mal compris. Plusieurs xylosyltransférases ont été identifiées et toutes appartiennent à la famille GT34. Ces xylosyltransférases sont référencées par les lettres XXT, suivi du chiffre 1 à 5. XXT1 est la première à avoir été identifiée et caractérisée (Faik, Price, Raikhel, & Keegstra, 2002). Par la suite les activités XyG-α6-XylT de XXT1 et XXT2 produites en cellules d’insecte puis de celle de XXT4 en bactérie ont été confirmée (Cavalier & Keegstra, 2006 ; Vuttipongchaikij et al., 2012). Les gènes codants pour XXT3 et XXT5 ont été caractérisés indirectement in-planta, par des délétions et restaurations de fonctions (Cavalier et al., 2008 ; Vuttipongchaikij et al., 2012). a) b) c) Glucose Xylose Galactose Fucose 1"2$ 1"2$ 1"4$ 1"4$ 1"4$ 1"4$ 1"6$ 1"6$ 1"6$ AtXUT1'' β 1"2$ 1"4$ 1"4$ 1"4$ 1"4$ 1"6$ 1"6$ XST$ α Acide D- Galacturonique β L-Arabinofuranose α Acétate 1-2 1-2 1-2 1-4 1-4 1-4 1-4 1-6 1-6 1-6 XXT MUR3 FuT1 (MUR2) XLT2 CSLC4
L’ajout des résidus galactoses, lorsqu’il a lieu, est effectué par deux β-1,2 galactosyltransférases distinctes de la famille GT47: XLT2 ajoute un galactose sur le second résidu de xylose et MUR3 sur le troisième (Madson et al., 2003 ; Jensen, Schultink, Keegstra, Wilkerson, & Pauly, 2012). Deux autres sucres peuvent être observés à la place du galactose : un acide galacturonique dans les racines d’A. thaliana, ou un arabinose chez les tomates et autres espèces de Solanaceae (Ring & Selvendran, 1981 ; Hoffman et al., 2005) (Figure I.25b et c, respectivement). L’acide galacturonique est ajouté avec une liaison α1,2 sur un résidu Gal par AtXUT1 de la famille GT47 (Pena et al., 2012). Deux gènes codant pour des arabinosyltransférases ont été identifiés chez la tomate : XST1 et XST2 (GT47). Exprimés dans des mutants d’Arabidopsis dépourvus de galactosyltransférase du xyloglucane, ces derniers ont induit la présence de XyG arabinosylé, une structure jamais observée précédemment chez cette plante. Ils ont aussi permis de restaurer les phénotypes biomécaniques et de croissance, montrant la flexibilité en termes de type de résidus présents dans les chaînes latérales de ce polymère (Side et al., 2013). Une seule fucosyltransférase permettant l’ajout d’un fucose terminal sur le deuxième galactose a été identifiée à ce jour. Il s’agit de l’α-1,2 fucosyltransférase (AtFuT1) de la famille GT37 (Robyn M Perrin et al., 1999 ; Faik, Bar-peled, et al., 2000). Deux hypothèses existent concernant le procédé d’ajout des groupements latéraux : ils seraient soit greffés au fur et à mesure de la progression de la chaîne principale à travers les compartiments du Golgi (Chevalier et al., 2010), soit au sein de complexes multi-protéiques, regroupant l’ensemble des enzymes impliquées (Lund et al., 2014b ; Y.-H. Chou et al., 2014). Cette deuxième hypothèse est représentée dans la figure I.26.
Figure I.26 : Modèle prédominant de la biosynthèse du xyloglucane au niveau de l'appareil de Golgi. Les sphères contenant des tiges représentent les GT de type II et les ovales représentent CSLC4. Dans ce modèle, les glycosyltransférases impliquées agiraient en complexes. Il a été montré que ces protéines interagissent entre elles, mais leurs positions exactes les unes par rapport aux autres sont inconnues. Les GTs CSLC4, XXT et FuT1 formeraient des homodimères (Chou, 2014). (Image F. Cicéron).
La compartimentation des GTs impliquées dans la synthèse des chaînes latérales a été suggérée suite à différentes observations microscopiques du Golgi, contenant les GTs AtXT1, AtMUR3 et AtFuT1 couplées à la GFP. AtXT1-GFP est apparue principalement dans la partie cis et médiane du Golgi, AtMUR3-GFP dans la partie médiane et AtFuT1-GFP dans la partie trans. Par la suite, la formation de complexes a d’abord été montrée entre CSLC4 et XXT1, XXT2, XXT5 puis aussi avec MUR3 et FuT1. Au sein de ces complexes, AtFuT1 formerait des homo-dimères par des ponts di-sulfures et interagirait directement, de manière non covalente, avec MUR3 et XXT2 ou XXT5.
Les fragments transportés en sortie de l’appareil de Golgi seraient de petites tailles – environ 9 kDa (Thompson, Smith, & Fry, 1997) et fucosylés sur tous les sites accepteurs de FuT1 (Gunl et al., 2011). Ensuite, des endo-transglucosidases / hydrolases présentes dans la paroi interviendraient pour former des chaînes plus longues, de 100 - 300 kDa, enchevêtrées avec les autres composants matriciels (Park & Cosgrove, 2015). Une α-fucosidase agirait aussi au niveau de la paroi pour défucosyler certaines positions du xyloglucane, induisant davantage d’hétérogénéité dans la molécule (Günl & Pauly, 2011).
GDP$ XXT$