Plus inflexible que prévu

Les molécules constituées d'éléments de sucre encha?nés, appelées oligosaccharides, font partie des molécules les plus importantes chez les êtres vivants. Elles constituent une grande partie de la surface des cellules et contribuent par exemple à ce que le système immunitaire puisse distinguer les cellules propres à l'organisme des agents pathogènes et autres cellules étrangères. Les oligosaccharides à la surface des cellules sanguines déterminent en outre notre groupe sanguin. De nombreuses protéines portent également des appendices oligosaccharidiques, qui sont essentiels à la fonction des protéines.

Jusqu'à présent, les scientifiques pensaient que ces molécules de sucre étaient libres de se déplacer et ne formaient pas de formes rigides. Les structures moléculaires tridimensionnelles rigides - appelées structures secondaires par les spécialistes - n'étaient jusqu'à présent connues que de l'ADN, dont la molécule forme une double hélice, et des protéines, dont les sous-parties forment souvent des spirales ou de petites surfaces avec des structures en t?le ondulée.

Une équipe internationale de chercheurs vient toutefois de trouver de telles structures secondaires dans les oligosaccharides. "Nous avons pu montrer que la structure de certains oligosaccharides contenant l'élément de base fucose contient une rigidification caractéristique", explique le responsable de l'équipe de recherche, Mario Schubert. Ce scientifique a longtemps fait de la recherche à l'ETH Zurich et travaille désormais à l'Université de Salzbourg.

Arrangement stable

L'élément de structure secondaire nouvellement découvert détermine la manière dont trois éléments constitutifs de sucre liés entre eux dans l'oligosaccharide se positionnent dans l'espace : Le premier élément - le type de sucre fucose - et le troisième élément sont disposés en couches parallèles, tandis que l'élément central est perpendiculaire aux deux autres. Cette structure est stabilisée par une liaison chimique hydrogène entre le premier et le troisième élément constitutif du sucre.

Cette structure qui s'étend sur trois éléments constitutifs est un modèle moléculaire relativement petit. En comparaison, les structures secondaires en spirale des protéines peuvent s'étendre sur plusieurs dizaines d'éléments constitutifs de la protéine.

Le dogme réfuté

Jusqu'à présent, les scientifiques pensaient que les liaisons hydrogène entre les éléments constitutifs des oligosaccharides n'avaient qu'un effet très faible et pouvaient donc être négligées à cet endroit. La doctrine dominante était qu'il n'y avait pas de structures secondaires dans les oligosaccharides. "Dans notre travail, nous montrons maintenant qu'il faut bien tenir compte de certaines liaisons hydrogène. En faisant pencher la balance, elles peuvent contribuer de manière essentielle à contraindre les éléments constitutifs du sucre dans un corset rigide", explique Schubert.

"Les oligosaccharides présentant le modèle structurel nouvellement découvert sont particulièrement bien reconnus par d'autres molécules selon le principe clé-serrure, car une structure rigide et inflexible simplifie la reconnaissance moléculaire", explique Schubert. Cette reconnaissance clé-serrure des oligosaccharides est particulièrement importante pour les molécules du système immunitaire et les cellules souches. Cette nouvelle découverte permet de mieux comprendre les interactions de telles molécules.

Présent dans de nombreuses molécules de sucre

Les biologistes structurels utilisent souvent des programmes informatiques pour déterminer la structure tridimensionnelle des molécules. "Il faut maintenant compléter ces logiciels pour qu'ils prennent également en compte le nouvel élément de structure secondaire de l'oligosaccharide", explique Schubert.

Les chercheurs de l'ETH Zurich, de l'Université de B?le et de l'?cole normale supérieure de Paris ont mis en évidence le nouvel élément structurel dans l'expérience par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire pour deux oligosaccharides de groupe sanguin et quatre autres oligosaccharides. Les scientifiques partent toutefois du principe que l'élément structurel est présent dans de très nombreux autres oligosaccharides de surface cellulaire et protéiques. Dans une base de données sur la structure des protéines, ils ont trouvé des indices de tels modèles dans plus de 200 oligosaccharides.