Thèse Orchestration et Régulation de la Machinerie de Sialylation dans l'Appareil de Golgi H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Lille
École doctorale : Biologie Santé de Lille
Laboratoire de recherche : UGSF - Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle
Direction de la thèse : Anne HARDUIN-LEPERS ORCID 0000000212333799
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-28T23:59:59

La structure et la fonction d'une protéine peuvent être modulées par des modifications post-traductionnelles (PTM) lui conférant une diversité accrue de structures et de fonctions. Parmi ces PTM, la glycosylation consiste en l'ajout d'un ou plusieurs monosaccharides constituant des chaines sucrées complexes appelée glycannes. Cela se fait au travers d'une cascade de réactions successives impliquant diverses enzymes appelées glycosyltransférases ou CAZymes différemment localisées dans les membranes endogènes de la voie de sécrétion des protéines. La bonne glycosylation de la surface cellulaire nécessite la localisation et l'organisation correcte des glycosyltransférases actives en présence de leurs substrats depuis le RE ou la glycosylation commence jusque dans le Golgi où les glycannes acquièrent leur structure finale. Les dernières avancées en glycobiologie et le développement des approches de glycoprotéomique et de glycomique montrent que le glycome est spécifique de chaque cellule, organe et espèce animale et ont révélé l'importance des mécanismes de glycosylation au travers de l'existence de nombreuses maladies héréditaires de glycosylation (CDG). La sialylation représente l'une des dernières étapes de la glycosylation qui se déroule dans le trans-Golgi Network des cellules. La sialylation est très importante pour la communication entre cellules, la reconnaissance des ligands par leur récepteurs comme mis en lumière dans les cancers, en cas d'inflammation, d'infection virale ou bactérienne, de maladies neurologiques et de maladies héréditaires comme les CDG étudiées à l'UGSF. La régulation fine de cette étape de sialylation est absolument nécessaire à la survie cellulaire. Elle peut être effectuée au travers de la formation de complexes macromoléculaires de ces enzymes agissants séquentiellement permettant une canalisation correcte des substrats. Cependant, les détails mécanistiques sous-tendant cette glycosylation et l'organisation fonctionnelle de la machinerie de sialylation dans un contexte sain ou de maladie sont encore peu compris.
L'objet global de ce projet de thèse est de contribuer aux efforts développés par l'UGSF pour apporter des évidences computationnelles et expérimentales de l'existence de métabolons, qui résultent de l'association dynamique de complexes protéiques formés par deux enzymes agissants séquentiellement. Ce concept est nouveau et jusqu'à présent, il a été largement négligé dans la littérature, malgré les preuves suffisantes de son existence. Pour répondre à ces questions, la modélisation moléculaire et l'amarrage des protéines ont été utilisés pour identifier les acides aminés clés responsables des interactions dynamiques dans le métabolon. Ce projet de thèse se concentrera sur la voie de sialylation en 2,3- et en 2,6- des O-glycosylprotéines pour valider expérimentalement ces données computationnelles. Pour cela, des approches de biochimie comparative et de mutagénèse dirigée seront utilisées pour comprendre la régulation fine des processus de sialylation dans l'appareil de Golgi

It has long been known that glycosylation is critical for physiological and pathological cellular functions and advances in analytical techniques (glycomics) have driven progression in the field of glycobiology over the past decades. Also, genetic and biochemical studies of CDG patients have provided valuable insights into basic mechanisms underlying the associations of specific glycoconjugates' structure changes with disease phenotypes.
Enzymes involved in carbohydrate related metabolisms are collectively referred to as CAZymes. One of the last glycosylation reactions are the sialylation of glycoproteins and glycolipids, which occur in the Golgi apparatus. The correct biosynthesis of sialylated molecules is of crucial relevance for eukaryotic cell life and is achieved by 20 distinct sialyltransferases in human tissues that ensure correct sialome synthesis according to cell type.
A critical point concerning the sialylation machinery is the proper localization of CAZymes in the Golgi. Traditionally, such glycosylation pathways have been viewed as sequential, with one enzyme acting after another as independent processes taking place along the protein secretory pathway. However, several lines of evidence indicate a more intricated organization of the N-glycosylation machinery. The host team and others have shown that B4GALT1 (GT-7) or ST6GAL1 (GT-29) form homodimers and heterodimers within the same N-glycosylation pathway suggesting a dynamic process of protein complex formation. This not only impacts precise localization within the ER and Golgi, but also the enzymatic activity of each CAZyme leading to variation in the cell surface glycome. The functional organization of the O-glycosylation pathway remains largely undefined. However, recent investigations into genetic defects affecting successively acting CAZymes of this pathway have revealed striking clinical similarities. We highly suspect from this phenotypic convergence, the existence of transient protein-protein interactions (PPIs) and a complex, highly orchestrated machinery governing the O-glycosylation process as it progresses along the secretory pathway.
As a first step to tackle these fundamental concepts in Glycobiology of high impact for human health, a computational approach for massive sampling combining molecular modeling using alphafold, protein docking and molecular dynamic simulation to investigate putative complex formation was set up at UGSF by the team Computational Molecular Systems Biology (CMSB) led by Dr M. Lensink. Key amino acids involved in these PPI between the major actors of this sialylation pathway are currently being identified and remain to be experimentally characterized.

Vers la compréhension de l'organisation fonctionnelle de la machinerie de sialylation:
- Décrypter l'organisation structurale et fonctionnelle du sialo-métabolon en ciblant la voie de O-glycosylation (validation expérimentale du concept et cartographie des interactions, analyse dynamique des interactions entre CAZymes golgiennes)
- Régulation du sialo-métabolon par l'environnement golgien (impact homéostasie ionique/redox golgienne)
- Comprendre l'impact sur la santé humaine d'une dérégulation du sialo-métabolon (glycopathologie, maladie génétique rare CDG)

L'équipe d'accueil développe depuis trente ans des approches innovantes et intégratives (évolution moléculaire et phylogénie, clonage moléculaire et ingénierie protéique, biochimie et enzymologie des CAZymes, biologie moléculaire et cellulaire et de glycochimie et chémobiologie) pour l'étude des relations structure/fonction des glycosyltransférases golgiennes et la compréhension de l'organisation fonctionnelle de la machinerie de glycosylation.

Le doctorant candidat devra avoir de solides connaissances en biologie cellulaire et moléculaire, structure des protéines et en glycobiologie. En particulier, il devra avoir des connaissances dans les dernières étapes de la glycosylation dans l'appareil de Golgi, notamment celles impliquant une réaction de sialylation.