GlycoPlay - Modélisation des interactions entre les enzymes de synthèse de la glycosylation dans l'appareil de Golgi

GlycoPlay - a computational biological view on the interplay of consecutively acting enzymes of the Golgi glycosylation machinery

• Auteur / Autrice : Nessim Raouraoua
• Direction : Marc Lensink
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie - FST
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UGSF - Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Biologie computationnelle moléculaire et systémique

Mots clés

Mots clés libres

Interaction Proteine-Proteine (PPI)

AlphaFold

Golgi

Glycosylation

Docking

Sialyltransférase

Protein-Protein Interaction (PPI)

Golgi

AlphaFold

Docking

Glycosylation

Sialyltransferase

Résumé

Les protéines sont les actrices principales dans la cellule et indispensables pour des fonctions telles que le transport, la signalisation, le métabolisme, des fonctions enzymatiques ou de reconnaissance cellulaire. Ces fonctions sont effectuées par une interaction biophysique entre des protéines et d'autres protéines, ou encore d'autres molécules dans la cellule. La structure et la fonction d'une protéine peuvent être modifiées de manière post-traductionnelle; cette modification ajoute à la diversité protéomique de l'organisme. La glycosylation est une modification post-traductionnelle, un processus dans lequel une ou plusieurs entités carbohydrates (glycanes) sont attachées à un acide aminé. Ces structures complexes encodent une quantité impressionnante d'informations, essentielles non seulement pour la santé humaine, mais aussi pour l'interaction et la fonction cellulaire. Contrairement aux protéines, l'assemblage de structures glycaniques n'est pas encodé dans l'ADN. Une glycosylation correcte est contrôlée et a lieu dans différents compartiments subcellulaires suivant la route de sécrétion, du réticulum endoplasmique à l'appareil de Golgi. La glycosylation requiert donc une localisation et une organisation des enzymes de glycolysation commune à leurs substrats, du réticulum endoplasmique, où la synthèse des glycanes commence, jusqu'au Golgi où la structure finale des glycannes est acquise. Néanmoins, les détails mécanistiques de glycosylation ainsi que l'organisation fonctionnelle et par conséquent leur impact sur la santé humaine demeurent peu compris. Le but de ce projet est de contribuer aux efforts entrepris par notre institut hôte d'établir des preuves computationnelles et expérimentales de l'existence de métabolons, qui est une association dynamique de protéines formée par des enzymes agissant de façon séquentielle, assurant ainsi une canalisation propre des substrats. Ce concept de canalisation par le métabolon est nouveau et jusque-là largement ignoré, ce qui est en partie dû à la difficulté d'obtenir des preuves expérimentales. Nous allons étudier ces questions par moyen de modélisation moléculaire et docking de protéines, identifiant ainsi des acides aminés clefs des interactions dynamiques dans le métabolon. Les résultats seront vérifiés expérimentalement par nos collaborateurs par voie de biochimie comparative et mutagenèse dirigée. Nous allons focaliser nos efforts sur la sialylation, un processus particulièrement étudié dans l'institut hôte et pour lequel un soutien expérimental est dès lors disponible.

Proteins are the main ingredients required for cellular function including transport, signaling, metabolism, enzymatic function and cellular recognition. These functions are effectuated by a biophysical interaction of proteins with other proteins, or with other molecular players in the cell. A protein's structure and function may be altered post-translationally, adding significantly to proteomic diversity and function. One such post-translational modification (PTM) is glycosylation, which is the process of adding one or several carbohydrate moieties (glycans) onto a targeted amino acid. These complex glycan structures encode an impressive amount of information essential not only for human health but also for cellular interaction and function. In contrast to proteins, no molecular DNA template exists for the assembly of glycan structures. Proper glycosylation of proteins occurs in subcellular compartments along the secretory pathway, from rough endoplasmic reticulum to the Golgi apparatus. Glycosylation requires correct localization and organization of active glycosylating enzymes together with their substrates from the ER where synthesis of glycans begins into the Golgi where they acquire their final structure. Nonetheless, the underlying mechanistic details of glycosylation and the functional organization of the glycosylation machinery in health and disease remain poorly understood. The goal of this project is to contribute to the host institute's efforts to provide computational and experimental evidence for the occurrence of metabolons, dynamic associations of protein complexes formed by sequentially acting enzymes that allows the proper channeling of substrates. The concept of metabolon substrate channeling is novel and has so-far been mostly overlooked in the literature in spite of sufficient evidence hinting at its existence. In order to study these questions, we will use molecular modeling and protein docking to identify key amino acids responsible for the dynamic interactions in the metabolon. The results will be experimentally validated by our collaborators using comparative biochemistry and site-directed mutagenesis. We will focus on terminal glycosylation through sialylation, a process which is extensively studied in the host institute and for which experimental support is readily available.