Régulation post-traductionnelle de l’OGT

Différentes modifications post-traductionnelles régulent l’activité et la spécificité de substrat de l’OGT. L’OGT est O-GlcNAcylée entre les acides aminés 1037 et 1046 dans le domaine catalytique et entre les acides aminés 390 et 406 du neuvième TPR. La O-GlcNAcylation de l’OGT augmente son activité catalytique (Kreppel et al., 1997) (Figure 27).

Figure 29 : Clivage de la protéine HCF-1 par l’OGT.

Le clivage de la protéine HCF-1 par l’OGT dans le domaine de répétition résulte en la libération de deux fragments indépendants (HCF-1 N et HCF-1 C). L’OGT est également capable de O- GlcNAcyler HCF-1 sur plusieurs sites très largement situés sur la partie N-terminale.

Abréviations : HCF-1 : host cell factor-1, OGT : O-GlcNAc transférase, UDP-GlcNAc : uridine diphospho- N-acétylglucosamine.

L’OGT est phosphorylée sur de multiples sites (Kreppel et al., 1997; Lubas and Hanover, 2000; Tai et al., 2004). Par exemple, la stimulation à l’insuline induit la phosphorylation et l’activité de l’OGT (Whelan et al., 2008). De plus, l’OGT peut être phosphorylée par l’AMPK et GSK3 augmentant son activité (Kaasik et al., 2013; Bullen et al., 2014) (Figure 27).

d) L’autre visage de l’OGT : son activité protéolytique

L’OGT, par son activité endopeptidase, est impliquée dans la maturation du régulateur mitotique HCF-1 (Host Cell Factor 1) (Kötzler and Withers, 2016). Le clivage de HCF-1 en deux fragments N- et C-terminaux distincts et sa O-GlcNAcylation sont essentiels pour l’entrée et la sortie de la phase G1 et la progression en phase M. Des expériences de pulse-chase montrent que ce clivage est réalisé préférentiellement dans le noyau mais aussi dans le cytoplasme (Wilson et al., 1995; Mangone et al., 2010).

HCF-1 possède des domaines protéiques constitués de 20 à 26 acides aminés localisés dans la région centrale de la protéine. Ces domaines sont très importants pour le clivage par l’OGT mais également pour sa O-GlcNAcylation (Capotosti et al., 2011; Kapuria et al., 2016) (Figure 29). Les mécanismes de protéolyse et de O-GlcNAcylation ne semblent dépendre uniquement que de la présence d’un résidu de glutamate sur HCF-1 (Lazarus et al., 2013).

e) Localisation subcellulaire de l’OGT

La ncOGT possède un domaine d’adressage au noyau (séquence NLS) précédant le domaine catalytique (Akimoto et al., 1999; Lubas et al., 1997b). Suite à une stimulation à l’insuline, l’OGT est redistribuée du noyau vers le cytoplasme et plus particulièrement vers la membrane plasmique (Whelan et al., 2008; Yang et al., 2008b). La mOGT, quant à elle, contient une séquence d’adressage vers la mitochondrie de 120 acides aminés dans sa partie N-terminale (séquence MLS). La délétion de cette séquence séquestre la mOGT dans le cytoplasme augmentant le pool de protéines O-GlcNAcylées cytoplasmiques (Love et al., 2003).

f) Rôle de la EOGT (EGF-domain specific O-GlcNAc transferase)

Contrairement à l’OGT qui modifie les protéines cytoplasmiques, nucléaires ou mitochondriales, l’addition d’un résidu de GlcNAc sur des protéines extracellulaires est réalisée par une OGT un peu différente : la EOGT (EGF-domain specific O-GlcNAc transferase) (Sakaidani et al., 2011; Müller et al., 2013).

Elle ne présente pas de similarité avec l’OGT mais est phylogénétiquement très proche des xylosyltransférases de plantes de la famille GT61 (19,4% d’identité entre les séquences de l’EOGT et de la β2-xylosyltransferase d’Arabidopsis thaliana).

La EOGT réside dans le reticulum endoplasmique et modifie des protéines secrétées contenant un domaine EGF-like (Ogawa et al., 2015). Ainsi, elle contribue aux interactions cellules- matrice extracellulaire (Sakaidani et al., 2011). La EOGT utilise l’UDP-GlcNAc comme substrat traversant la membrane du reticulum grâce à des transporteurs de nucléotides-sucres (Sesma et al., 2009).

g) L’inhibition de l’OGT

Le gène codant l’OGT est indispensable à la survie cellulaire et à l’embryogenèse (Shafi et al., 2000; O’Donnell et al., 2004). Pour pallier le problème de viabilité engendré par le KO total, un KO de l’OGT tissu spécifique est réalisable (Watson et al., 2014). Cependant, la perte des activités catalytiques et non catalytiques conséquentes aux KO conduit à l’utilisation d’inhibiteurs pharmacologiques de l’OGT afin d’en étudier le rôle sans en affecter les niveaux d’expression.

Comme nous l’avons vu plus haut, l’UDP et l’UTP sont des inhibiteurs puissants de l’OGT (Haltiwanger et al., 1992). Cependant, l’utilisation de ces composés en tant que drogues est confrontée à deux problèmes : ils sont incapables d’entrer dans la cellule et ils sont le substrat de beaucoup d’autres enzymes (Trapannone et al., 2016). Ainsi, des inhibiteurs pharmacologiques ont été synthétisés.

L’alloxane (2,4,5,6-tétraoxypyrimidine), analogue de l’uracile, a été le premier inhibiteur de l’OGT utilisé (Konrad et al., 2002; Liu et al., 2005) (Figure 25). Il est moins puissant que l’UDP mais pénètre dans la cellule grâce aux transporteurs de glucose. Cependant, il génère des espèces réactives de l’oxygène responsables de la toxicité cellulaire (Zhang et al., 1992). Pour pallier à ce problème, d’autres inhibiteurs ont été synthétisés à partir du substrat donneur, l’UDP-GlcNAc, notamment, le BADGP (benzyl-2-acétamido-2-désoxy-α-D- galactopyranoside) a été fabriqué (Figure 25). Son point faible est qu’il inhibe également d’autres glycosyltransférases (D’Alessandris et al., 2004).

Un autre composé, perméable aux cellules, a été synthétisé, l’Ac4-5S-GlcNAc (Figure 25). Il

détourne la voie de biosynthèse des hexosamines pour produire l’UDP-5S-GlcNAc, un substrat donneur analogue à l’UDP-GlcNAc mais utilisé 3000 fois moins rapidement par l’OGT (Gloster et al., 2011). Cependant, ce composé peut engendrer des perturbations dans la synthèse de protéines N-Glycosylées (Ortiz-Meoz et al., 2015).

Tout récemment, une petite molécule inhibitrice de l’OGT a été décrite, il s’agit d’OSMI-1. Cette molécule est perméable à la membrane plasmique et inhibe la O-GlcNAcylation sans altérer les N- et O-glycannes à la surface cellulaire (Ortiz-Meoz et al., 2015).

2.

La β-N-acétylglucosaminidase (OGA)

a) Généralités

La β-N-acétylglucosaminidase ou OGA a été purifiée pour la première fois à partir de rate de rat en 1994 (Dong and Hart, 1994). Le clonage de l’OGA a permis son identification en tant qu’antigène exprimé dans les méningiomes et nommée MGEA5 (meninginoma expressed antigen 5).

L’OGA est une hexosaminidase monomérique nucléocytoplasmique appartenant à la famille des glycosides hydrolases 84 (GH84) (Cantarel et al., 2009; Comtesse et al., 2001 ).

En 2011, une étude a caractérisé les propriétés de l’enzyme recombinante et a décrit deux différences majeures entre l’OGA et les autres hexosaminidases lysosomales : le pH optimum et la sélectivité de substrat (Gao et al., 2001). Le pH optimum de l’OGA est neutre contrairement à celui des autres hexosaminidases qui est acide, et les HexA et B ont une sélectivité pour la GlcNAc et la GalNAc alors que l’OGA n’hydrolyse que la GlcNAc.

b) Isoformes et localisation

Le gène codant l’OGA est situé sur le chromosome 10q24.1-q24.3, région associée à la maladie d’Alzheimer et à la prédisposition au diabète de type 2 dans la population Mexicaine (Lehman et al., 2005; Myers et al., 2000).

Une seule isoforme existe chez les eucaryotes inférieurs comme la drosophile (Sekine et al., 2010) ou C. elegans (Forsythe et al., 2006). Chez l’Homme, l’OGA existe sous deux isoformes : une forme longue de 130 kDa et une forme courte sOGA de 75 kDa dépourvue d’un tiers de la protéine au niveau de la partie C-terminale (Comtesse et al., 2001).

Figure 30 : Représentation schématique de la structure de l’OGA.

Deux isoformes de l’OGA ont été décrites chez l’Homme, et sont produites à partir d’un seul gène. Ces isoformes différent par la présence d’un domaine Histone AcetylTransferase-like dans l’isoforme longue (130 kDa) et son absence dans la forme courte (75 kDa).

Abréviations : HAT : histone acétyltransferase, OGA : O-GlcNAcase, sOGA : short OGA.

La forme longue résiderait plutôt dans le cytoplasme alors que la forme courte est présente dans le noyau (Gao et al., 2001) et les gouttelettes lipidiques (Keembiyehetty et al., 2011). En plus de la différence de structure et de localisation, la sOGA a une activité moindre par rapport à la forme longue vis-à-vis des protéines substrats (Keembiyehetty et al., 2011) (Figure 30).

c) Structure de l’OGA

L’OGA contient un domaine N-terminal portant l’activité N-acétyl-β-D-glucosaminidase et un domaine C-terminal contenant une région similaire aux domaines histone acétyltransférases (HAT) (Comtesse et al., 2001). Après épissage alternatif, le domaine HAT-like est absent dans la forme courte. En plus des similarités de séquences entre l’OGA et les domaines HAT, l’OGA a une activité comparable à celle de CREB/p300 histone acétyltransférase vis-à-vis des histones libres (Toleman et al., 2004). Cependant, le rôle du domaine HAT-like reste à clarifier puisqu’une étude récente a montré que ce domaine de l’OGA n’est pas capable de fixer l’acétyl-CoA (Rao et al., 2013)(Figure 30).

d) Régulation de l’OGA