Qu'est-ce que le glycome humain? Comment les scientifiques ont débloqué le code du sucre

Quand vous pensez au sucre, vous pensez probablement au sucre de table sucré, blanc et cristallin que vous utilisez pour faire des biscuits ou pour sucrer votre café. Mais saviez-vous que dans notre corps, de simples molécules de sucre peuvent être reliées pour créer des structures puissantes qui se sont récemment révélées être liées à des problèmes de santé, notamment le cancer, le vieillissement et les maladies auto-immunes.

Ces longues chaînes de sucre qui couvrent chacune de nos cellules sont appelées glycanes. Selon la National Academy of Sciences, créer une carte de leur emplacement et de leur structure nous ouvrira la voie à une nouvelle ère de la médecine moderne. En effet, le glycome humain - l'ensemble des sucres présents dans notre corps - contient des glycanes non encore découverts susceptibles d'aider les médecins à diagnostiquer et à traiter leurs patients.

Grâce à l'attention mondiale suscitée par l'achèvement du projet du génome humain en 2003, la plupart des gens ont entendu parler de l'ADN, de la génomique et même de la protéomique - l'étude des protéines. Mais l’étude des glycanes, également appelée glycomics, a environ 20 ans de retard par rapport à d’autres domaines. L’une des raisons de ce retard est que les scientifiques n’ont pas développé les outils permettant d’identifier rapidement les structures des glycanes et leurs sites d’attachement sur les cellules des personnes. Le «manteau de sucre» a été un peu mystérieux.

Jusqu'à présent, c'est.

Alors que la plupart des laboratoires se concentrent sur la recherche cellulaire ou moléculaire, notre laboratoire se consacre au développement de technologies permettant de caractériser rapidement les structures glycaniques et leurs sites de fixation. Notre objectif ultime est de répertorier les centaines de milliers de sucres et leur emplacement sur différents types de cellules, puis d’utiliser ces informations pour adapter les traitements médicaux à chaque individu.

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Pourquoi nous soucions-nous des glycanes?

À l’avenir, il est probable que l’on utilisera l’analyse des glycanes d’une personne pour prédire le risque de maladies telles que la polyarthrite rhumatoïde, le cancer ou même les allergies alimentaires. Cela est dû au fait que les modifications du glycome peuvent être spécifiquement liées à des états pathologiques particuliers. En outre, les processus biologiques tels que le vieillissement sont liés à l'inflammation de notre glycome. Reste à vérifier si l’inversion de ces changements peut aider à prévenir la maladie, voire à en ralentir le vieillissement - une possibilité intrigante.

Avec les ADN, les protéines et les graisses, les glycanes sont l’une des quatre principales macromolécules essentielles à la vie. Parmi ces quatre, les glycanes sont les derniers arbitres du comportement de nos cellules.

L'ADN orchestre ce à quoi nous ressemblons, notre capacité de penser et de nous comporter, et même détermine les maladies auxquelles nous sommes le plus susceptibles. Dans notre ADN, il existe des segments courts, des gènes, qui contiennent souvent des instructions pour synthétiser des protéines. Les protéines, à leur tour, sont les «bêtes de somme» de la cellule, remplissant de nombreuses fonctions nécessaires à la vie.

Cependant, le comportement d'une protéine dépend souvent des glycanes qui lui sont liés. En d'autres termes, ces molécules de sucre peuvent grandement influer sur le fonctionnement de nos protéines et même sur la réaction de nos cellules aux stimuli. Par exemple, si vous modifiez quelques glycanes à l'extérieur d'une cellule, cela peut déclencher la migration de cette cellule vers un emplacement différent de notre corps.

La tâche principale des glycanes est de modifier les protéines et les graisses qui se trouvent à la surface de nos cellules. Ensemble, ils créent une épaisse couche de sucre autour de la cellule. Si nous considérons la surface de la cellule comme étant du sol, alors les glycanes constitueraient la flore et la flore merveilleusement diverses qui poussent et apportent couleur et identité à la cellule. En fait, si vous pouviez voir une cellule à l'œil nu, cela semblerait très flou. Imaginez une pêche avec 10 fois plus de duvet.

Les glycanes étiquettent nos propres cellules et les identifient comme «autonomes»

Le duvet autour d'une cellule est son manteau de glycane. Étant à l'extérieur de nos cellules, les glycanes constituent le premier point de contact pour la plupart des interactions cellulaires et influencent ainsi la façon dont nos cellules communiquent entre elles. Vous pouvez également considérer les glycanes comme un «code-barres» cellulaire unique. Ainsi, le duvet d’une cellule rénale sera différent de celui d’une cellule immunitaire. Mais il y a aussi des similitudes. En fait, les cellules immunitaires qui surveillent notre corps à la recherche d'agents pathogènes savent qu'elles ne doivent pas attaquer nos propres cellules «propres» en raison des caractéristiques communes du «code à barres» glycanique, communes à toutes les cellules de notre corps.

En revanche, les bactéries et les parasites comme le paludisme ont différentes «couches de sucre» qui ne sont pas visibles sur les cellules humaines. Lorsque les sucres bactériens sont étiquetés comme «étrangers», le système immunitaire d’une personne cible la bactérie en vue de sa destruction. Cependant, certains agents pathogènes bactériens nuisibles, tels que les streptocoques du groupe B, responsables d'infections graves chez les bébés, peuvent éviter la détection immunitaire en se faisant passer pour des cellules humaines en portant des glycanes similaires en guise de déguisement, comme le loup déguisé en peau de mouton.

Malheureusement, certains agents pathogènes peuvent également utiliser nos glycanes pour les aider à provoquer des maladies. Des virus mortels tels que le VIH et Ebola ont évolué pour s’emparer de glycanes spécifiques sur lesquels ils se «bloquent» alors qu’ils infectent nos cellules humaines. Les thérapies qui empêchent ces virus d’interagir avec nos glycanes, ou qui attaquent les glycanes spécifiques du virus, peuvent constituer un nouveau moyen de traiter ces infections.

De nouvelles recherches ont également montré que les glycanes jouent un rôle important dans le développement de maladies auto-immunes telles que la polyarthrite rhumatoïde et la pancréatite auto-immune. Cela n’est pas surprenant puisque les glycanes influencent directement le fonctionnement des cellules immunitaires.

Normalement, nos cellules immunitaires agissent comme le «système de défense» de notre corps. Elles identifient et détruisent les envahisseurs étrangers tels que les bactéries ou les virus. Mais lorsque le corps identifie à tort nos propres cellules comme étant l'ennemi et lance une attaque interne sur lui-même, l'auto-immunité naît. Fait intéressant, dans de tels cas, ce sont les glycanes présents sur les anticorps auto-attaquants qui se comportent mal qui dicteront la force de l’attaque sur le corps. Cette réponse immunitaire anormale peut même être dirigée contre les glycanes. Par exemple, le système immunitaire peut confondre les glycanes «auto» avec des molécules «étrangères». Notre équipe de recherche a récemment publié un article présentant la théorie des glycanes de l'auto-immunité, qui explique certaines de ces relations.

Les glycanes dans nos aliments peuvent déclencher des réponses immunitaires

De nombreuses études ont établi un lien entre la consommation de viande rouge et des maladies telles que l'athérosclérose et le diabète, mais elles n'ont pas été en mesure de montrer pourquoi ni comment cela s'est produit jusqu'à récemment. Une étude fascinante suggère que le coupable était un sucre au nom difficile à manier, l'acide N-glycolylneuraminique non humain sialique, ou Neu5Gc. Neu5Gc est présent chez tous les mammifères, à l'exception des humains, car les premiers humains capables de fabriquer Neu5Gc sont morts d'un ancien parasite du paludisme.

Cependant, bien que nous ne soyons plus capables de produire Neu5Gc, notre corps a toujours la possibilité de l'incorporer aux glycanes de nos cellules si nous l'obtenons en mangeant de la viande rouge. Une fois qu’il fait partie de la couche de glycanes de nos cellules, nos cellules sont alors entourées d’une substance «étrangère» - Neu5Gc. Cela peut déclencher une inflammation dans tout le corps, car notre système immunitaire reconnaît Neu5Gc comme étant «étranger» et l'attaque. L'inflammation chronique causée par ces attaques internes peut entraîner une crise cardiaque, un accident vasculaire cérébral et même un cancer.

Notre corps synthétise des dizaines de milliers de glycanes uniques, souvent avec des structures de ramification formées à partir de simples blocs de construction de sucre. Les protéines ou les graisses peuvent également être modifiées par des dizaines de glycanes uniques. Ces innombrables combinaisons rendent la cartographie des glycanes difficile, car nous avons besoin d'un moyen pratique et efficace pour analyser des centaines de milliers de modèles de glycanes.

Notre équipe de recherche a mis au point des méthodes permettant de surveiller rapidement et efficacement le glycome humain. En capitalisant sur les progrès techniques et les améliorations apportées au traitement des échantillons, notre technique permet de contrôler des milliers de glycanes en une fois, ce qui nous permet de caractériser les glycanes dans les cellules de contrôles sains et de patients atteints de différentes maladies. Notre objectif est d'utiliser ces données pour développer des modèles prédictifs afin d'aider les cliniciens à diagnostiquer et à traiter toutes les maladies humaines. Nous pensons qu'une nouvelle vague de progrès médicaux arrivera à mesure que nous déverrouillerons le «code du sucre».

Jenny Wang était co-auteur principal de cet article.

Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation par Emanual Maverakis, Carlito Lebrilla et Jenny Wang. Lisez l'article original ici.