La spectrométrie de masse descendante native révèle le rôle des glycanes dans les oligomères protéiques

De nombreuses protéines contiennent des motifs de molécules de sucre (glycanes) et sont constituées de plusieurs sous-unités agrégées. Cette glycosylation et cette oligomérisation ont une influence décisive sur la fonction des protéines et doivent être prises en compte dans le développement biopharmaceutique.

Dans la revue Angewandte Chemieune équipe britannique a introduit une approche basée sur la spectroscopie de masse (MS) descendante native qui peut être utilisée pour analyser l’interaction entre la glycosylation et l’oligomérisation dans diverses hormones thérapeutiques et cytokines.

Dans la SEP conventionnelle, les molécules se fragmentent, mais la SEP native permet d’examiner les oligomères protéiques repliés liés aux glycanes. Dans la méthode descendante, les oligomères sont ensuite séparés au moyen d’une dissociation en phase gazeuse et mesurés. Dans une dernière étape, la fragmentation en phase gazeuse est utilisée pour séparer et analyser les glycanes.

Pour un complexe protéique donné, il est ainsi possible de déterminer les proportions de monomères et d’oligomères présents – que ce soit dans un organisme ou dans un lot de médicaments – et quels sont les différents schémas de glycosylation qui se produisent et en quelles quantités.

Carol V. Robinson et Di Wu de l’Université d’Oxford (Royaume-Uni) se sont concentrés sur les glycanes situés à l’interface entre deux sous-unités et pouvant jouer un rôle important dans l’oligomérisation. Ils ont comparé les résultats de leurs mesures avec un modèle théorique calculé sur la base des sous-unités dissociées. Cela a permis de tirer des conclusions sur l’effet de stabilisation des glycanes.

L’une des glycoprotéines thérapeutiques qu’ils ont étudiées était l’interféron-β (IFN-β), une cytokine anti-inflammatoire utilisée pour traiter des affections telles que la sclérose en plaques. L’IFN-β1a forme un homodimère asymétrique. Les analyses MS ont montré que la plupart des formes primaires du monomère et du dimère sont glycosylées. Cependant, pour cette cytokine, la dimérisation est indépendante du statut de glycosylation.

Les choses sont différentes pour le facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α), une cytokine inflammatoire. Les biopharmaceutiques à base d’anticorps qui neutralisent le TNF-α sont utilisés dans les cas de maladies auto-immunes, telles que la polyarthrite rhumatoïde, la maladie de Crohn et le psoriasis. Le TNF-α est un homotrimère avec un glycane à l’interface de chaque sous-unité. Les analyses MS et les expériences avec une petite molécule qui perturbe la trimérisation ont indiqué que les glycanes stabilisaient significativement le trimère TNF-α.

Robinson et Wu ont également étudié l’hormone folliculo-stimulante (FSH, follitropine), un hétérodimère composé de sous-unités α et β. Les médicaments à base de follitropine α sont utilisés pour les traitements de fertilité. L’équipe a découvert une distribution inhabituelle des glycanes sur la sous-unité α. L’un de ces glycanes interagit fortement avec la sous-unité β et est clairement impliqué dans la régulation de la dimérisation.

Les connaissances acquises grâce à des expériences MS descendantes natives pourraient aider à adapter les glycanes dans les protéines thérapeutiques afin d’améliorer leur stabilité et leur efficacité.