Thèse soutenue le 20 octobre 2023 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Grenoble Alpes - Spécialité : Biologie Structurale et Nanobiologie

Résumé :
Les glycosaminoglycanes (GAG) sont impliqués dans diverses fonctions biologiques, régulant l'homéostasie des tissus et la différenciation cellulaire dans le corps humain. Ces chaines polysaccharidiques interagissent avec de nombreuses protéines qui modulent le comportement cellulaire, tels que les facteurs de croissance, les chimiokines, les cytokines, et les morphogènes. Les interactions GAG-protéines reposent principalement sur des groupes sulfates chargés négativement, répartis le long de la chaîne polysaccharidique et se liant aux régions chargées positivement des protéines. Par ces interactions, les GAG régulent la bioactivité et la localisation des protéines, modulant ainsi les réponses cellulaires induites par ces dernières. Parmi les GAG, l'héparane sulfate (HS) joue un rôle crucial dans la régulation de la bioactivité des protéines morphogénétiques osseuses (BMP), telles que BMP2, impliquées dans le développement osseux. La déficience d’enzymes de polymérisation de l'HS a notamment été reliée à une signalisation élevée des BMP et à une maladie génétique caractérisée par la formation d'ostéochondromes. Cependant, le rôle d'autres GAG dans la régulation de la signalisation des BMP demeure énigmatique.
Cette thèse cherche à élucider le rôle de différents GAG dans la signalisation de la BMP2, dont les chondroïtines sulfate (CS), les dermatanes sulfate (DS), les acides hyaluroniques (HA), et les HS. Pour cela, nous avons mené des études d'interactions moléculaires et des études cellulaires, pour comprendre de façon globale les interactions entre les GAG et la BMP2, et leur rôle dans la signalisation cellulaire. Les affinités de liaison et les propriétés cinétiques de ces interactions moléculaires ont été étudiées via une technique d’interférométrie optique (BLI). Les résultats ont révélé une affinité plus élevée de la BMP2 pour les HS que pour les autres GAG, et des variations d’affinité entre différents types de CS. Parallèlement, l'effet des interactions entre les GAG et la BMP2 sur la réponse cellulaire a été exploré grâce à des biomatériaux appelés plateformes biomimétiques de streptavidine. Des développements méthodologiques ont permis la construction de ces plateformes sur des substrats en verre et l'automatisation de leur fonctionnalisation dans des plaques 96 puits. Utilisant ces plateformes, nous avons étudié le rôle de différents GAG sur la signalisation BMP, mais aussi le rôle de leur localisation (surface cellulaire ou extracellulaire), un aspect peu exploré jusqu’à présent. Nos résultats ont mis en évidence un rôle distinct des GAG de surface cellulaire et extracellulaires, ainsi que des rôles distincts des HS et des CS. Plus précisément, les HS de la surface cellulaire semblent inhiber la signalisation de la BMP2 alors que les CS de la surface cellulaire la favorisent. D'autre part, les HS extracellulaires favorisent la signalisation, tandis que les CS n'ont pas d'effet détectable.
Les motifs de sulfatation des GAG constituent un facteurs clé qui régule la liaison et la bioactivité de certaines protéines. Nous avons cherché à savoir si, de la même manière, l'interaction de la BMP2 avec les HS dépend de motifs de sulfatation spécifiques. Pour cela, nous avons préparé une librairie d’oligosaccharides d’HS et nous avons étudié les interactions moléculaires de ces composés avec la BMP2 par la technique BLI. Nos résultats ont révélé le rôle d’un motif disaccharidique trisulfaté d’HS (IdoA(2S)-GlcNS(6S)) qui semble promouvoir une affinité importante avec la BMP2. Cette séquence n'était cependant pas unique à promouvoir des interactions de haute affinité et nos données suggèrent que la BMP2 présente une certaine plasticité structurelle qui lui permet de se lier à divers motifs de sulfatation des HS. Les conclusions de cette thèse fournissent des éléments essentiels à la compréhension des interactions complexes entre les GAG et les facteurs de croissance.

Jury :
Rapporteure : Isabelle Compagnon
Rapporteur : Toril Holien
Examinateur : Douglas Dyer
Examinateur :  Franz Bruckert
Directeur de thèse : Romain Vives
Co-directrice de thèse : Elisa Migliorini

Mots clés :
Glycosaminoglycanes, BMP, Biomimétisme, Interactions, Signalisation