Caractérisation structurale et production enzymatique de biomarqueurs des mucopolysaccharidoses de type III

Les glycosaminoglycanes (GAG) sont des polysaccharides linéaires anioniques dont l'unité répétitive est un disaccharide spécifique de chaque sous-famille de GAG. Au sein des GAGs, les héparane sulfate (HS) sont ubiquitaires et leur disaccharide constitutif est composé d'un acide uronique et d'une glucosamine. Chaque acide uronique peut être épimérisé sous forme d'acide iduronique ou glucuronique et peut aussi être sulfaté en position deux du cycle. De la même manière, les glucosamines peuvent être sulfatées en position trois et six et leur amine peut être acétylée ou sulfatée. Ces modifications sont particulièrement hétérogènes au sein de la chaîne polysaccharidique et dépendent tout autant des types de cellules biosynthétisant le polysaccharide que de l'environnement de celles-ci ou de leur développement. Ainsi, les polysaccharides de HS sont particulièrement complexes et interviennent dans de nombreux mécanismes cellulaires.Le catabolisme in vivo des GAGs fait intervenir un grand nombre d'enzymes différentes et si l'une d'entre elle est altérée, les oligosaccharides non catabolisés s'accumulent au sein des cellules et entraînent des pathologies graves regroupées sous le terme de mucopolysaccharidoses (MPS). Ces maladies génétiques rares affectent de nombreux processus biologiques essentiels et entraînent des problèmes de croissance et de retard mentaux. Les MPS III affectent spécifiquement le développement neuronal à un niveau de gravité élevé et sont les MPS causant la mortalité la plus précoce. Par ailleurs, elles affectent uniquement le métabolisme des HS et sont regroupées sous le terme de syndrome de Sanfilippo.Dans le but de développer des thérapies adaptées aux spécificités des MPS III, il est nécessaire d'identifier un ou plusieurs biomarqueurs fiables et de développer des méthodes d'analyses permettant leur suivi lors de tests cliniques. Les oligosaccharides de HS accumulés lors de ces maladies sont de bons candidats mais leur complexité structurale est un défi dans l'identification de biomarqueurs et le développement de méthodes d'analyse adaptée.Répondre à ces problématiques est l'objet de ce projet et lors de cette thèse nous avons développé des méthodes novatrices d'analyse des oligosaccharides de HS accumulés dans l'urine de patients. Ainsi, nous avons isolé des oligosaccharides selon leur taille par chromatographie puis élucidé leur structure par deux méthodes de spectrométrie de masse. L'utilisation de deux méthodes d'analyse a permis l'élucidation structurale d'oligosaccharides contenues dans des mélanges complexes et l'identification de leur degré de sulfatation et de polymérisation. Cette méthode, appliquée à des extraits de fluides biologiques de patients atteints de MPS III, permettra l'élucidation structurale des oligosaccharides accumulés ainsi que leur suivi lors de test clinique de thérapies. Les variations structurales permettront aussi de proposer des hypothèses sur les mécanismes moléculaires de ces maladies et déterminer la raison de leur degré de gravité plus sévère que les autres MPS.Une autre approche du projet est l'obtention de relations structure-activité à partir d'oligosaccharides produits au laboratoire. Dans le but d'évaluer l'impact d'une variation de l'extrémité non-réductrice encore jamais explorée dans les mécanismes de neuroinflammation, nous avons travaillé sur la production de mimes de ces biomarqueurs potentiels. Nous avons donc développé la synthèse de cette extrémité non réductrice à l'aide de deux enzymes nouvellement commercialisées et peu étudiées. Ainsi, nous pourrons, à terme, traiter in vitro des cellules neuronales avec ces oligosaccharides et déterminer l'importance de cette extrémité non-réductrice dans les mécanismes moléculaires impliqués dans le syndrome de Sanfilippo.