La structure générale des mucines

1- Composition générale

Les mucines sont composées d’une longue chaîne polypeptidique appelé apomucine. C’est une séquence riche en résidus proline (Pro-P), sérine (Ser-S) et thréonine (Thr-T) dénommée séquence PTS, répétée de nombreuses fois et formant le domaine Tandem Repeat (TR), représentant 20 à 50% de la composition totale en acide aminés (Roussel et al., 1988). Ces acides aminés hydroxylés comme la sérine et la thréonine permettent la liaison des chaînes O- glycosidiques sur l’apomucine. La séquence du TR est variable en nombre de résidus et en fréquence de répétition selon les organes et types cellulaire (VNTR Variable Number Tandem Repeat) (Vinall et al., 1998).

La structure saccharique est composée de galactose (Gal), fucose (Fuc), N- acétylglucosamine (GlcNAc), N-acétylgalactosamine (GalNAc) et d’acide N- acétylneuraminique (NeuAc) (Hounsell, Lawson, & Feizi, 1982; Hounsell & Feizi, 1982). La composition des chaînes permet une grande variabilité en termes de structure, de longueur (2 à 20 résidus) et d’acidité. Les chaînes O-glycosidiques se composent de trois régions d’une

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- L’initiation de la O-glycosylation consiste en l’ajout d’un résidu GalNAc sur un acide aminé (aa) hydroxylé (GalNAc-O-Ser/Thr)

- Le noyau, nommé également le cœur, consiste en l’ajout d’un résidu GlcNAc ou Gal (Galβ1/GlcNAcβ1-3GalNAc-O-Ser/Thr)

- Un squelette saccharique plus ou moins ramifié, formé de résidus GlcNAc et Gal répétés un grand nombre de fois Galβ1-3/4GlcNAcβ1

- Une région périphérique qui termine la structure et se compose de saccharides comme le Fuc, le NeuAc ou des résidus sulfatés de GlcNAc ou de Gal. Ces saccharides conférent les charges négatives des mucines.

Il existe également de rares sites de N-glycosylations sur les mucines, aux nombres de 5 sur la mucine MUC1. Elles se composent en plus du GlcNAc et du Gal de mannose (M). La N-glycosylation s’effectue sur un résidu asparagine.

2- Mucines sécrétées

Les particularités des mucines sécrétées sont qu’elles possèdent des régions en N-terminal et C-terminal riches en résidus Cystéine (Cys-C) ainsi qu’en N-glycannes permettant leur dimérisation en Ct et leur multimérisation en Nt par la formation de pont disulfures grâce aux domaines CYS, Cystine-Knot (CK) et von Willebrand Factor (vWF), avant d’être sécrétées dans la lumière des organes sous forme de long filaments (Perez-Vilar & Hill, 1999; Perez- Vilar, Sheehan, & Randell, 2003; Perez-Vilar & Mabolo, 2007). La région vWF a une homologie de domaine avec le facteur vWF, une glycoprotéine multimérique sécrétée dans le sang et essentielle à la coagulation et l’homéostasie (Hollingsworth & Swanson, 2004). Les mucines sécrétées possèdent également un domaine D, comme la mucine MUC2, lui permettant sa trimérisation.

3- Mucines membranaires

La particularité de certaines mucines membranaires comme MUC1 est l’existence d’un domaine Sea urchin sperm protein Enterokinase and Agrin (SEA). Le domaine SEA permet le clivage et l’association des sous-unités d’une mucine (Palmai-Pallag et al., 2005; Levitin et al., 2005; Macao et al., 2006), (Figure 10). Certaines mucines membranaires possèdent

(Carraway et al., 2000; Jonckheere, Skrypek, Merlin, et al., 2012; Jonckheere, Skrypek, Frénois, et al., 2012). Ces domaines vont permettent l’interaction des mucines avec les récepteurs tyrosine kinase de la famille ErbB. Certaines mucines membranaires comme MUC1 possèdent une queue cytoplasmique contenant des sites de phosphorylation.

4- Glycosylation et cancer

Les O-glycannes ont un rôle de protection contre les clivages protéolytiques et permettent de maintenir la conformation et la stabilité de la protéine. Ils protègent également les épithéliums des stress mécaniques et chimiques, servent de site d’attachement aux bactéries commensales et pathogènes, participent à l’adhésion et la signalisation cellulaire, à la présentation des facteurs de croissance et au système immunitaire. Certains motifs sont spécifiques des tissus et varient pendant le développement et les pathologies comme le cancer. Dans ces pathologies on retrouve fréquemment une glycosylation aberrante et une altération de la synthèse et de l’expression des O-glycannes des mucines, et notamment une terminaison d’élongation précoce (Jonckheere, Skrypek, & Van Seuningen, 2010). La glycosylation aberrante des mucines peut être en partie expliquée par la perte d'expression de glycosyltransférases. On observe alors l'apparition de chaînes glycanniques tronquées consituées des antigènes T (Galβ1-3GalNAc-O-Ser/Thr), Tn (GalNAc-O-Ser/Thr) et sialyl-Tn (NeuAcα1-6-GalNAc-O-Ser/Thr).

Des études immunohistochimiques ont permis de mettre en évidence de nombreux antigènes associés aux tumeurs (TAA) sur les mucines qui sont produits suite à une synthèse incomplète ou à une néo-synthèse de chaînes sacchariques et sont caractéristiques des tumeurs. Beaucoup de TAA retrouvés sur les mucines se sont avérés être des antigènes de groupes sanguins. Ces antigènes de mucines peuvent être dosés dans le sérum des patients atteints de pathologies cancéreuses par exemple et servent de marqueurs diagnostiques, pronostiques et de cibles pour les thérapies anticancéreuses vaccinales. Les plus connus et utilisés sont le CA15.3 (carbohydrate antigen 15.3) préférentiellement produit sur MUC1 et marqueur dans le cancer du sein, CA125 préférentiellement produit sur MUC16 et marqueur dans le cancer de l’ovaire. L'évolution de l'expression de ces marqueurs permet de connaître l'évolution de la pathologie et peut être un outil pour évaluer la progression ou la régression

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Figure 11 : Localisation cellulaire apicale de MUC1. Délocalisation circonférentielle lors de la tumorigenèse.

Figure 12 : Profil d’expression des mucines dans le PDAC (Jonckheere et al., 2010; Morris et al., 2010).

5- Territoires d’expression des mucines

a- Physiologique

Les mucines membranaires, dont MUC1, sont exprimées par de nombreuses cellules épithéliales au pôle apical dans des environnements souvent particuliers : au niveau du système respiratoire, de l’estomac, du tractus intestinal et digestif, des organes spécialisés comme le pancréas, le foie, la vessie, le rein, les glandes salivaires et lacrymales, les yeux et également au niveau de la glande mammaire, des ovaires, de l’utérus et de la prostate (Ho et al., 1993). La mucine MUC1 n’est pas exprimée au niveau des cellules épithéliales de la peau et des cellules mésenchymateuses (Hanisch & Müller, 2000). En revanche, certaines cellules non épithéliales comme les lymphocytes B et T expriment MUC1 (Treon et al., 1999).

b- Dans le cancer et le cancer du pancréas

Dans la majorité des cancers épithéliaux on peut retrouver une surexpression de MUC1 et une délocalisation circonférentielle et intra-cellulaire lors de la perte de polarité de la cellule pendant la progression tumorale (Figure 11). C’est notamment le cas dans 90% des adénocarcinomes du sein, des ovaires et du pancréas, dans 80% des cancers de l’estomac, dans 70% des cancers colorectaux et du rein, et enfin dans 60% des cancers du poumon (Beatson, Taylor-Papadimitriou, & Burchell, 2010).

Dans le pancréas sain la mucine MUC1 est exprimée au niveau des cellules canalaires et centro-acineuses (Ho et al., 1993; Balagué et al., 1995; Terada et al., 1996; Hanisch & Müller, 2000; Yonezawa et al., 2008). L’ARNm de MUC1 est le seul ARNm de mucine détecté dans les acinis (Balagué et al., 1995). Les mucines membranaires MUC4 et MUC16 ne sont pas voire très peu exprimées, tout comme la mucine secrétée MUC5AC. Dans l’adénocarcinome pancréatique, on retrouve dans 90% des cas une surexpression de MUC1 et une néo-expression de MUC4, MUC16 et MUC5AC (Figure 12), (Jonckheere et al., 2010).

La surexpression de la mucine MUC1 et la néo-expression des mucines MUC4/MUC16/MUC5AC dès les stades les plus précoces de la cancérogenèse pancréatique (PanIN1), fait de ce cancer un modèle de choix pour l’étude des mécanismes de régulation de cette famille de protéines.

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Figure 13 : Gène et transcrit de MUC1 (Nath & Mukherjee, 2014)