Modifications post-traductionnelles des canaux calciques cardiaques de type L : identification des résidus asparagine qui participent à la glycosylation de la sous-unité auxiliaire CaVα2δ1

Les canaux calciques de type L CaV1.2 sont principalement responsables de l’entrée des ions calcium pendant la phase plateau du potentiel d’action des cardiomyocytes ventriculaires. Cet influx calcique est requis pour initier la contraction du muscle cardiaque. Le canal CaV1.2 est un complexe oligomérique qui est composé de la sous-unité principale CaVα1 et des sous-unités auxiliaires CaVβ et CaVα2δ1. CaVβ joue un rôle déterminant dans l’adressage membranaire de la sous-unité CaVα1. CaVα2δ1 stabilise l’état ouvert du canal mais le mécanisme moléculaire responsable de cette modulation n’a pas été encore identifié. Nous avons récemment montré que cette modulation requiert une expression membranaire significative de CaVα2δ1 (Bourdin et al. 2015). CaVα2δ1 est une glycoprotéine qui possède 16 sites potentiels de glycosylation de type N. Nous avons donc évalué le rôle de la glycosylation de type-N dans l’adressage membranaire et la stabilité de CaVα2δ1. Nous avons d’abord confirmé que la protéine CaVα2δ1 recombinante, telle la protéine endogène, est significativement glycosylée puisque le traitement à la PNGase F se traduit par une diminution de 50 kDa de sa masse moléculaire, ce qui est compatible avec la présence de 16 sites Asn. Il s’est avéré par ailleurs que la mutation simultanée de 6/16 sites (6xNQ) est suffisante pour 1) réduire significativement la densité de surface de! CaVα2δ1 telle que mesurée par cytométrie en flux et par imagerie confocale 2) accélérer les cinétiques de dégradation telle qu’estimée après arrêt de la synthèse protéique et 3) diminuer la modulation fonctionnelle des courants générés par CaV1.2 telle qu’évaluée par la méthode du « patch-clamp ». Les effets les plus importants ont toutefois été obtenus avec les mutants N663Q, et les doubles mutants N348Q/N468Q, N348Q/N812Q, N468Q/N812Q. Ensemble, ces résultats montrent que Asn663 et à un moindre degré Asn348, Asn468 et Asn812 contribuent à la biogenèse et la stabilité de CaVα2δ1 et confirment que la glycosylation de type N de CaVα2δ1 est nécessaire à la fonction du canal calcique cardiaque de type L.

Removal of the N-linked glycan structure from the peanut peroxidase prxPNC2: Influence on protein stability and activity

Lines of transgenic tobacco have been generated that are transformed with either the wild-type peanut peroxidase prxPNC2 cDNA, driven by the CaMV3 5S promoter (designated 35S::prxPNC2-WT) or a mutated PNC2 cDNA in which the asparagine residue (Asn(189)) associated with the point of glycan attachment (Asn(189)) has been replaced with alanine (designated 35S::prxPNC2-M). PCR, using genomic DNA as template, has confirmed the integration of the 35S::prxPNC2-WT and 35::prxPNC2-M constructs into the tobacco genome, and western analysis using anti-PNC2 antibodies has revealed that the prxPNC2-WT protein product (PNC2-WT) accumulates with a molecular mass of 34,670 Da, while the prxPNC2-M protein product (PNC2-M) accumulates with a molecular mass of 32,600 Da. Activity assays have shown that both PNC2-WT and PNC2-M proteins accumulate preferentially in the ionically-bound cell wall fraction, with a significantly higher relative accumulation of the PNC2-WT isoenzyme in the ionically-bound fraction when compared with the PNC2-M isoform. Kinetic analysis of the partially purified PNC2-WT isozyme revealed an affinity constant (apparent K-m) of 11.2 mM for the reductor substrate guaiacol and 1.29 mM for H2O2, while values of 11.9 mM and 1.12 mM were determined for the PNC2-M isozyme. A higher Arrenhius activation energy (E,,) was determined for the PNC2-M isozyme (22.9 kJ mol(-1)), when compared with the PNC2-WT isozyme (17.6 kJ mol(-1)), and enzyme assays have determined that the absence of the glycan influences the thermostability of the PNC2-M isozyme. These results are discussed with respect to the proposed roles of N-linked glycans attached to plant peroxidases. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Receptor binding studies disclose a novel class of high-affinity inhibitors of the Escherichia coli FimH adhesin

Mannose-binding type 1 pili are important virulence factors for the establishment of Escherichia coli urinary tract infections (UTIs). These infections are initiated by adhesion of uropathogenic E. coli to uroplakin receptors in the uroepithelium via the FimH adhesin located at the tips of type 1 pili. Blocking of bacterial adhesion is able to prevent infection. Here, we provide for the first time binding data of the molecular events underlying type 1 fimbrial adherence, by crystallographic analyses of the FimH receptor binding domains from a uropathogenic and a K-12 strain, and affinity measurements with mannose, common mono- and disaccharides, and a series of alkyl and aryl mannosides. Our results illustrate that the lectin domain of the FimH adhesin is a stable and functional entity and that an exogenous butyl alpha- D-mannoside, bound in the crystal structures, exhibits a significantly better affinity for FimH (K-d = 0.15 muM) than mannose (K-d = 2.3 muM). Exploration of the binding affinities of alpha-D-mannosides with longer alkyl tails revealed affinities up to 5 nM. Aryl mannosides and fructose can also bind with high affinities to the FimH lectin domain, with a 100-fold improvement and 15-fold reduction in affinity, respectively, compared with mannose. Taken together, these relative FimH affinities correlate exceptionally well with the relative concentrations of the same glycans needed for the inhibition of adherence of type 1 piliated E. coli. We foresee that our findings will spark new ideas and initiatives for the development of UTI vaccines and anti-adhesive drugs to prevent anticipated and recurrent UTIs.

Analysis of O-glycosylation site occupancy in bovine kappa-casein glycoforms separated by two-dimensional gel electrophoresis

The ability of two-dimensional gel electrophoresis (2-DE) to separate glycoproteins was exploited to separate distinct glycoforms of kappa-casein that differed only in the number of O-glycans that were attached. To determine where the glycans were attached, the individual glycoforms were digested in-gel with pepsin and the released glycopeptides were identified from characteristic sugar ions in the tandem mass spectrometry (MS) spectra. The O-glycosylation sites were identified by tandem MS after replacement of the glycans with ammonia/aminoethanethiol. The results showed that glycans were not randomly distributed among the five potential glycosylation sites in kappa-casein. Rather, glycosylation of the monoglycoform could only be detected at a single site, T-152. Similarly the diglycoform appeared to be modified exclusively at T-152 and T-163, while the triglycoform was modified at T-152, T-163 and T-154. While low levels of glycosylation at other sites cannot be excluded the hierarchy of site occupation between glycoforms was clearly evident and argues for an ordered addition of glycans to the protein. Since all five potential O-glycosylation sites can be glycosylated in vivo, it would appear that certain sites remain latent until other sites are occupied. The determination of glycosylation site occupancy in individual glycoforms separated by 2-DE revealed a distinct pattern of in vivo glycosylation that has not been recognized previously.

Production d'IgG sialylées en CHO et impact sur leurs fonctions effectrices

La sialylation des N-glycanes du fragment Fc des immunogobulines G (IgG) est une modification peu fréquente des IgG humaines. Pourtant, elle est l’objet de beaucoup d’attention depuis que deux articles fondateurs ont été publiés, qui montrent l’un que la sialylation des IgG diminue leur capacité à déclencher la cytotoxicité cellulaire dépendant de l’anticorps (ADCC), et l’autre que les IgG sialylées en α2,6 seraient la fraction efficace des IgG intraveineuses (IgIV) anti-inflammatoires. Les anticorps monoclonaux thérapeutiques, qui sont le plus souvent des IgG recombinantes produites en culture de cellules de mammifère, connaissent depuis la fin des années 90 un succès et une croissance phénoménaux sur le marché pharmaceutique. La maîtrise de la N-glycosylation du Fc des IgG est une clé de l’efficacité des anticorps monoclonaux. Si les IgG sialylées sont des molécules peu fréquentes in vivo, elles sont très rares en culture cellulaire. Dans cette étude, nous avons développé une méthode de production d’IgG avec une sialylation de type humain en cellules CHO. Nous avons travaillé principalement sur la mise au point d’une stratégie de production d’IgG sialylées par co-expression transitoire d’une IgG1 avec la β1,4-galactosyltransférase I (β4GTI) et la β-galactoside-α2,6-sialyltransférase I (ST6GalI). Nous avons montré que cette méthode permettait d’enrichir l’IgG1 en glycane fucosylé di-galactosylé mono-α2,6-sialylé G2FS(6)1, qui est le glycane sialylé présent sur les IgG humaines. Nous avons ensuite adapté cette méthode à la production d’IgG présentant des profils de glycosylation riches en acides sialiques, riches en galactose terminal, et/ou appauvris en fucosylation. L’analyse des profils de glycosylation obtenus par la co-expression de diverses combinaisons enzymatiques avec l’IgG1 native ou une version mutante de l’IgG1 (F243A), a permis de discuter des influences respectives de la sous-galactosylation des IgG1 en CHO et des contraintes structurales du Fc dans la limitation de la sialylation des IgG en CHO. Nous avons ensuite utilisé les IgG1 produites avec différents profils de glycosylation afin d’évaluer l’impact de la sialylation α2,6 sur l’interaction de l’IgG avec le récepteur FcγRIIIa, principal récepteur impliqué dans la réponse ADCC. Nous avons montré que la sialylation α2,6 augmentait la stabilité du complexe formé par l’IgG avec le FcγRIIIa, mais que ce bénéfice n’était pas directement traduit par une augmentation de l’efficacité ADCC de l’anticorps. Enfin, nous avons débuté le développement d’une plateforme d’expression stable d’IgG sialylées compatible avec une production à l’échelle industrielle. Nous avons obtenu une lignée capable de produire des IgG enrichies en G2FS(6)1 à hauteur de 400 mg/L. Cette étude a contribué à une meilleure compréhension de l’impact de la sialylation sur les fonctions effectrices des IgG, et a permis d’augmenter la maîtrise des techniques de modulation du profil de glycosylation des IgG en culture cellulaire.

Production d'IgG sialylées en CHO et impact sur leurs fonctions effectrices

La sialylation des N-glycanes du fragment Fc des immunogobulines G (IgG) est une modification peu fréquente des IgG humaines. Pourtant, elle est l’objet de beaucoup d’attention depuis que deux articles fondateurs ont été publiés, qui montrent l’un que la sialylation des IgG diminue leur capacité à déclencher la cytotoxicité cellulaire dépendant de l’anticorps (ADCC), et l’autre que les IgG sialylées en α2,6 seraient la fraction efficace des IgG intraveineuses (IgIV) anti-inflammatoires. Les anticorps monoclonaux thérapeutiques, qui sont le plus souvent des IgG recombinantes produites en culture de cellules de mammifère, connaissent depuis la fin des années 90 un succès et une croissance phénoménaux sur le marché pharmaceutique. La maîtrise de la N-glycosylation du Fc des IgG est une clé de l’efficacité des anticorps monoclonaux. Si les IgG sialylées sont des molécules peu fréquentes in vivo, elles sont très rares en culture cellulaire. Dans cette étude, nous avons développé une méthode de production d’IgG avec une sialylation de type humain en cellules CHO. Nous avons travaillé principalement sur la mise au point d’une stratégie de production d’IgG sialylées par co-expression transitoire d’une IgG1 avec la β1,4-galactosyltransférase I (β4GTI) et la β-galactoside-α2,6-sialyltransférase I (ST6GalI). Nous avons montré que cette méthode permettait d’enrichir l’IgG1 en glycane fucosylé di-galactosylé mono-α2,6-sialylé G2FS(6)1, qui est le glycane sialylé présent sur les IgG humaines. Nous avons ensuite adapté cette méthode à la production d’IgG présentant des profils de glycosylation riches en acides sialiques, riches en galactose terminal, et/ou appauvris en fucosylation. L’analyse des profils de glycosylation obtenus par la co-expression de diverses combinaisons enzymatiques avec l’IgG1 native ou une version mutante de l’IgG1 (F243A), a permis de discuter des influences respectives de la sous-galactosylation des IgG1 en CHO et des contraintes structurales du Fc dans la limitation de la sialylation des IgG en CHO. Nous avons ensuite utilisé les IgG1 produites avec différents profils de glycosylation afin d’évaluer l’impact de la sialylation α2,6 sur l’interaction de l’IgG avec le récepteur FcγRIIIa, principal récepteur impliqué dans la réponse ADCC. Nous avons montré que la sialylation α2,6 augmentait la stabilité du complexe formé par l’IgG avec le FcγRIIIa, mais que ce bénéfice n’était pas directement traduit par une augmentation de l’efficacité ADCC de l’anticorps. Enfin, nous avons débuté le développement d’une plateforme d’expression stable d’IgG sialylées compatible avec une production à l’échelle industrielle. Nous avons obtenu une lignée capable de produire des IgG enrichies en G2FS(6)1 à hauteur de 400 mg/L. Cette étude a contribué à une meilleure compréhension de l’impact de la sialylation sur les fonctions effectrices des IgG, et a permis d’augmenter la maîtrise des techniques de modulation du profil de glycosylation des IgG en culture cellulaire.

Structural determination and gynecological tumor diagnosis using antibody chip captured proteins

Purpose: To identify markers for gynecological tumor diagnosis using antibody chip capture. Methods: Marker proteins, including cancer antigen 153 (CA153), CA125, and carcinoembryonic antigen (CEA), were analyzed using antibody chip capture of serum samples. Fifteen agglutinin types that specifically recognized five common glycans (fucose, sialic acid, mannose, N - acetylgalactosamine, and N-acetylglucosamine) were used to detect marker protein glycan levels. The levels of CA153, CA125, and CEA from 49 healthy control samples, 31 breast cancer samples, 24 cervical cancer samples, and 19 ovarian cancer samples were used to measure the glycan levels of these marker proteins. Results: In breast cancer samples, CA153 and CA125 were down-regulated (p < 0.01), while differences in ovarian cancer samples were not statistically significant (p > 0.01). The total accuracy was 85.1 %, with 96.8 % accuracy for breast cancer, 75 % in cervical cancer, and 78.9 % in ovarian cancer. Cross-validation analyses showed that breast cancer had 93.5 % accuracy, cervical cancer was 66.7 %, and ovarian cancer was 68.4 %, leading to 78.4 % total accuracy (58/74). Conclusions: The results indicate that better clinical diagnosis of gynecological tumors can be obtained by monitoring changes in glycan levels of serum proteins and types of proteoglycan changes.

Integrated Omics for the global mapping of biomolecules in LDL

Circulating low density lipoproteins (LDL) are thought to play a crucial role in the onset and development of atherosclerosis, though the detailed molecular mechanisms responsible for their biological effects remain controversial. The complexity of biomolecules (lipids, glycans and protein) and structural features (isoforms and chemical modifications) found in LDL particles hampers the complete understanding of the mechanism underlying its atherogenicity. For this reason the screening of LDL for features discriminative of a particular pathology in search of biomarkers is of high importance. Three major biomolecule classes (lipids, protein and glycans) in LDL particles were screened using mass spectrometry coupled to liquid chromatography. Dual-polarity screening resulted in good lipidome coverage, identifying over 300 lipid species from 12 lipid sub-classes. Multivariate analysis was used to investigate potential discriminators in the individual lipid sub-classes for different study groups (age, gender, pathology). Additionally, the high protein sequence coverage of ApoB-100 routinely achieved (≥70%) assisted in the search for protein modifications correlating to aging and pathology. The large size and complexity of the datasets required the use of chemometric methods (Partial Least Square-Discriminant Analysis, PLS-DA) for their analysis and for the identification of ions that discriminate between study groups. The peptide profile from enzymatically digested ApoB-100 can be correlated with the high structural complexity of lipids associated with ApoB-100 using exploratory data analysis. In addition, using targeted scanning modes, glycosylation sites within neutral and acidic sugar residues in ApoB-100 are also being explored. Together or individually, knowledge of the profiles and modifications of the major biomolecules in LDL particles will contribute towards an in-depth understanding, will help to map the structural features that contribute to the atherogenicity of LDL, and may allow identification of reliable, pathology-specific biomarkers. This research was supported by a Marie Curie Intra-European Fellowship within the 7th European Community Framework Program (IEF 255076). Work of A. Rudnitskaya was supported by Portuguese Science and Technology Foundation, through the European Social Fund (ESF) and "Programa Operacional Potencial Humano - POPH".