Rôle des Sulfs dans la régulation des héparanes sulfate : interactions et signalisation

Role of Sulfs in heparan sulfate regulation: interactions and signaling

• Auteur / Autrice : Nosylys Gelas
• Direction : Rabia Sadir, Romain Vives
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Structurale et Nanobiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Biologie Structurale
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe Structure et Activité des Glycosaminoglycanes

Mots clés

Mots clés libres

Glycosaminoglycanes

Sulfatases

Chimiokine

Interaction

Signalisation

Régulation

Glycosaminoglycans

Sulfatases

Chemokine

Interaction

Signaling

Regulation

Résumé

La plupart des processus cellulaires sont régis par les actions coordonnées d'un large éventail de protéines de signalisation et d'effecteurs dans l'environnement péricellulaire. Ces protéines se lient à des récepteurs membranaires, déclenchant ainsi des réponses cellulaires spécifiques. Une régulation supplémentaire de ce réseau de communication complexe est assurée par les héparanes sulfate (HS), des polysaccharides présents en abondance à la surface cellulaire et dans la matrice extracellulaire (MEC). Les HS exercent leur activités en interagissant avec un large éventail de protéines de signalisation et modulent leur biodisponibilité ainsi que leur fonction. Ces interactions impliquent des motifs saccharidiques aux profils de sulfatation spécifiques au sein du polysaccharide (1,2). L'assemblage de ces domaines fonctionnels est orchestré par un processus complexe de biosynthèse, et leur structure est plus finement régulée à la surface cellulaire par des enzymes de modification post-synthétique, notamment les sulfatases Sulfs (3,4). Les Sulfs (Sulf-1 et Sulf-2) catalysent le clivage sélectif des groupements 6-O-sulfate sur les HS, nécessaires à la reconnaissance de nombreuses protéines (5). Bien que structuralement subtiles, ces modifications ont des conséquences fonctionnelles majeures, et les Sulfs sont apparues comme des régulateurs clés de l'activité des HS, dans des processus physiologiques et pathologiques, tels que le développement, la régénération tissulaire ou le cancer (6,7). Cependant, malgré un intérêt croissant, les Sulfs restent des enzymes très énigmatiques, et les mécanismes moléculaires liés à leurs fonctions biologiques sont encore largement inconnus. En particulier, la capacité des Sulfs à moduler la signalisation des facteurs de croissance se fixant aux HS a conduit à de nombreuses données contradictoires dans la littérature. Il est donc primordial de clarifier ces mécanismes afin de mieux comprendre le rôle des Sulfs dans la régulation des activités des HS. Ce projet doctoral ambitionne d'aborder cette problématique. Sur la base de données récentes du laboratoire suggérant que les Sulfs pourraient être impliquées dans un interactome complexe, nous proposons tout d'abord d'identifier de nouveaux partenaires des Sulfs à la surface cellulaire ou au sein de la MEC. Nous déterminerons ensuite si ces interactions influencent les activités biologiques de l'enzyme, in vitro ou dans tests fonctionnels sur cellules. Des données préliminaires du groupe ont révélé que les Sulfs sont rapidement internalisées après leur liaison à la surface cellulaire. Grâce à des approches de microscopie confocale et de super-résolution, nous identifierons le mécanisme qui régit cette internalisation, localiserons l'accumulation intracellulaire des Sulfs et examinerons si cette internalisation influence des processus cellulaires. Dans un second volet, nous clarifierons le mode d'action des Sulfs dans la régulation des voies de signalisation cellulaire dépendants des HS, en utilisant la chimiokine CXCL12 comme modèle. Nous examinerons comment les Sulfs influencent la fixation de CXCL12 à la surface cellulaire et son activité. Nous étudierons les conséquences de ces effets sur l'organisation moléculaire de la surface cellulaire et sur des processus cellulaires, tels que la migration cellulaire ou l'extravasation des leucocytes au travers de la barrière endothéliale. Nous développerons également des conditions de culture compartimentées afin d'analyser séparément les effets autocrines (sur les HS de surface cellulaire) et paracrines (sur les HS matriciels) des Sulfs. Dans l'ensemble, ce projet devrait fournir des informations cruciales sur le rôle complexe des Sulfs dans la régulation des processus biologiques médiés par les HS, approfondir notre compréhension de leur implication dans des pathologies telles que le cancer et l'inflammation, et contribuer au développement de stratégies thérapeutiques ciblant les Sulfs.

Most cellular processes are governed by the coordinated actions of a wide range of signaling proteins and effectors in the pericellular environment. These proteins bind to membrane receptors, triggering specific cellular responses. Further regulation of this complex communication network is provided by heparan sulfates (HS), polysaccharides abundant on the cell surface and in the extracellular matrix (ECM). HS exert their activities by interacting with a wide range of signaling proteins and modulate their bioavailability and function. These interactions involve saccharide motifs with specific sulfation profiles within the polysaccharide (1,2). The assembly of these functional domains is orchestrated by a complex biosynthetic process, and their structure is more finely regulated at the cell surface by post-synthetic modification enzymes, notably the Sulfs sulfatases (3,4). Sulfs (Sulf-1 and Sulf-2) catalyse the selective cleavage of 6-O-sulfate groups on HS, which are necessary for the recognition of many proteins (5).Although structurally subtle, these modifications have major functional consequences, and Sulfs have emerged as key regulators of HS activity in physiological and pathological processes such as development, tissue regeneration and cancer (6,7). However, despite growing interest, Sulfs remain highly enigmatic enzymes, and the molecular mechanisms linked to their biological functions are still largely unknown. In particular, the ability of Sulfs to modulate the signaling of HS-binding growth factors has led to numerous contradictory data in the literature. It is therefore vital to clarify these mechanisms in order to better understand the role of Sulfs in regulating HS activity. This doctoral project aims to address this issue. On the basis of recent data from the laboratory suggesting that Sulfs may be involved in a complex interactome, we propose firstly to identify new partners of Sulfs on the cell surface or within the ECM. We will then determine whether these interactions influence the biological activities of the enzyme, in vitro or in functional tests on cells. Preliminary data from the group have revealed that Sulfs are rapidly internalised after binding to the cell surface.Using confocal and super-resolution microscopy approaches, we will identify the mechanism governing this internalisation, localise the intracellular accumulation of Sulfs and examine whether this internalisation influences cellular processes. Secondly, we will clarify the mode of action of Sulfs in the regulation of HS-dependent cell signaling pathways, using the chemokine CXCL12 as a model. We will examine how Sulfs influence the binding of CXCL12 to the cell surface and its activity. We will study the consequences of these effects on the molecular organisation of the cell surface and on cellular processes such as cell migration and extravasation of leukocytes across the endothelial barrier. We will also develop compartmentalised culture conditions in order to analyse separately the autocrine (on cell surface HS) and paracrine (on matrix HS) effects of Sulfs. Overall, this project should provide crucial information on the complex role of Sulfs in the regulation of HS-mediated biological processes, deepen our understanding of their involvement in pathologies such as cancer and inflammation, and contribute to the development of therapeutic strategies targeting Sulfs.