Agrine

Introduction

L’Agrine est une protéoglycane à sulfate d’héparane. En fait les protéoglycanes (PG) sont des protéines associées à  un glycosaminoglycane (Voir synthèse  et définition plus détaillées des sulfates d’héparane  : (HS)). On parle ainsi des protéoglycanes à sulfate d’Héparane (HSPG=(du grec tardif prôteios, signifiant « qui occupe le premier rang » et du grec glukus ; relatif à un glucide ; avec la terminaison « ane » qui, en chimie, indique un degré d’insaturation)). Rapidement une fois la séquence de l’Agrine connue différents domaines ont été répertoriés et un  portrait robot a été établi selon les données indiquées dans l’article suivant .

Un schéma récapitulatif de différents domaines de l’Agrine est donné ci-dessous.Sur ce portrait-robot de l’Agrine il est indiqué la présence de domaines de similitudes avec leurs nombres On trouve ainsi:

  • – 4 Domaines EG
  • – 9 Domaines follistatine-like (FS)Portrait robot de l'Agrine
  • – 2 Motifs Laminine EGF-like
  • – 3 Domaines Laminine G-like
  • – 1 Domaine N-terminal de l’Agrine (NtA)
  • – 1 Domaine SEA : Urchin Sperm Protein ; Enterokinase, Agrine.

Les données de séquences sont réunies dans le tableau suivant:

Tableau récapitulatif sur les séquences d'AgrinePour plus d’information, dans la banque de séquences suivante  indiquer le nom de la protéine et/ou recopier le numéro d’identification spécifique de la protéine humainesur le lien suivant : Swiss Prot  (Avec pour l’Agrine O00466 )

Comme la partie centrale en bâtonnet de L’Agrine possède des sites d’attachement pour la longue chaîne de la glycosaminoglycane le poids moléculaire de l’Agrine native se trouve augmenté et on détecte cette dernière avec  un PM de plus de 500 kDa .

Zone glycosylée de l'AgrineEn fait il existe 5 grandes classes de sulfate d’héparane dont 3 sont situées dans la matrice extracellulaire (- l’Agrine – le Perlécane- , (protéines pour chacune desquelles un chapitre spécial sera consacré) et la collagène de type XVIII) et 2 d’entre eux sont situées à la surface des cellules ( voir détails dans ce chapitre de livre ).

Ainsi ces 3 protéoglycanes de la matrice extracellulaire : l’Agrine, le Perlécane (voir chapitres corresp3 protéoglycanes de la Matrice extracellulaireondants), et la Collagène de type XVIII présentent des similarités de structures et de rôles en tant que modulateurs membranaires. Le schéma ci-dessous inspiré de l’étude sur le rôle  potentiel des protéoglycanes dans le développement des cancers et des vaisseaux donne une illustration de ces similarités.

 Les Partenaires de l’Agrine

De nombreuses études fournirent leurs moissons en ce qui concerne les zones spécifiques d’interaction avec de nombreux partenaires au sein Zones d'associations sur l'Agrinede la jonction neuromusculaire et parmi ceux-ci on a progressivement bien identifié sur la molécule d’Agrine les zones d’association comme cela est répertorié en détail dans l’article en référence et dont l’illustration ci-dessous résume les données les plus récentes.

Rôle de l’Agrine et partenaires d’association

Au niveau de la jonction neuromusculaire (NMJ), identifiée comme le lieu de la synapse chimique entre une terminaison nerveuse d’un neurone et une cellule musculaire squelettique, il existe une  présence abondante d’une part de l’Agrine et d’autre part d’isoformes spéciales de collagène IV (Voir chapitre spécial).

Ainsi la  différenciation de la jonction neuromusculaire est principalement dirigée par la présence de l’Agrine, mais il existe des fonctions annexes de cette protéine qui se font jour dans la  croissance axonale des neurones .

De plus et comme cela est le cas pour l’Aquaporine-4, l’Agrine est importante dans la formation de la  barrière hématoméningée  (blood-brain barrier)

Au niveau de la Distribution de l'Agrine à la NMJNMJ (jonction neuromusculaire) on trouvera des partenaires préférentiels tells la Laminine et l’Alpha-Dystroglycanes (voir chapitres correspondants). Un schéma récapitulatif indique ces associations comme indiqué ci-dessous. Ce schéma se trouve également en version originale dans une  récente publication et dans la revue 2009 sur les Dystrophies musculaires Congénitales (CMD, part II).

Il est ainsi rapidement apparu que l’Agrine jouait un rôle important dans la  régénération de la synapse Ceci impliqua de facto une  relation privilégiée avec l’Utrophine  au niveau de la jonction neuromusculaire (NMJ).

Ainsi on observe que l’Agrine de type neural  contrôlait la maturation et le mécanisme du couplage excitation-contraction  dans les myotubes humains en développement (in vivo). Il est de plus observé des  changements dans les propriétés électriques de l’Agrine neurale durant le développement de la cellule musculaire humaine.

Pathologies et Agrine

Dans le cas de la pathologie d’Alzheimer on observe des   accumulations d’Agrine  et une distribution anormale de la   micro vascularisation du cerveau ce qui entraîne  des micro-vaisseaux endommagées.

Dans le cas de néphropathie diabétique il existe par contre   une déficience en Agrine  sans apparente perte de l’expression de la protéine.

Tout dernièrement il a été mis en évidence qu’ une mutation de l’Agrine affectait plus particulièrement la fonction synaptique.

  • Il existe par ailleurs des effets indirects liés aux défauts de glycosylation au niveau des Dystroglycanes, (voir chapitre des Dystroglycanes et schéma de l’organisation de l’Agrine au sein de la matrice extracellulaire ci dessus), qui perturbent l’organisation de l’Agrine et sa fonction au niveau de la matrice extracellulaire du muscle.

En 2013, la métalloprotéinase dite « MMP3 » (=matrix metalloproteinase 3) est connue comme susceptible de dégrader préférentiellement la protéine Agrine. Une nouvelle étude montrecependant qu’en l’absence de cette dégradation (cas de souris n’exprimant plus MMP3), l’Agrine et la protéine dite MuSK sont bien préservées et de plus que cela provoque une meilleure ré-innervation des nerfs lésés.

La maintenance de la jonction neuromusculaire (NMJ) demande l’intégrité du couple de protéine Agrine/MuSK. Chez un iranien présentant un syndrome de Myasthénie Congénitale (Congenital myasthenic syndromes =CMS) on a observé une substitution au niveau du résidu Met (835) en Val au sein de sa protéine MuSK ce qui provoque une altération de sa relation avec l’Agrine et son rôle dans l’agrégation des récepteurs à l’Acétyle Choline (AchR).

  • Grâce à l’utilisation d’un muscle artificiel réalisé en tant que culture 3D d’un muscle que l’on a baptisé BAM (3D bio-artificial muscle), il est possible de mieux suivre le processus d’innervation en particulier dans les phases initiale d’agrégation et de maturation impliquant Agrine, les récepteurs à l’Acétyle Choline (AchR) et les laminines. Domaine LG3 de l'AgrineCe travail confirme la validité d’un tel modèle de muscle en culture.
  • La protéine Agrine est associée avec le partenaire référencé comme LRP4 au niveau de son domaine LG3 pour former un complexe protéine spécifique.  En effet comme décrit dans l’article en référence, le ligand pour la protéine MuSK est une lipoprotéine baptisée LRP4 (=low-density lipoprotein receptor-related protein-4) qui est une protéine transmembranaire dans le muscle dont l’association avec la protéine MuSK est favorisée par l’Agrine (Voir détails dans l’article indiqué). Une illustration montre cette dernière association entre Agrine (domaine LG3) et une partie spécifique de la protéine LRP5.
  • Toujours en 20Localisation des mutations connues de l'Agrine14 un récent travail permet d’obtenir sur le portrait-robot de l’Agrine la distribution des principales mutations observes en relation avec les divers domaines présents dans sa structure. Une image présentée ci-dessous permet d’illustrer  (détails dans l’article en référence).

 

Approches thérapeutiques relatives à des altérations de l’Agrine.

Comme tentative de thérapie une amélioration de l’altération d’un muscle suite à une désorganisation des structures formant la jonction neuromusculaire (NMJ) il est actuellement possible d’obtenir des résultats encourageant en injectant un fragment soluble de l’ Agrine le fragment dit (NT-1654, qui correspond à la partie C-terminal de l’ Agrine avec un PM de 44kDa).

  • Autres Avancées depuis 2015

Joncrion neuromusculaire altérée et inhibition de l'agrineSuite à un travail de synthèse un schéma récapitulatif permet de mieux illustrer l’implication de l’Agrine au sein de la junction neuromusculaire et sa potentielle implication neuronale dans le processus de l’Atrophie musculaire. L’ensemble des chiffres indiqués sur cette illustration permet de suivre les différentes conséquences d’une altération au niveau de la jonction Neuromusculaire (NMJ). La conséquence en regard de l’Agrine est une disparition de sa présence, tandis que l’on observe un processus de stimulation de la dégradation protéique et plus modestement de la synthèse des protéines. Une illustration présentée ci-contre résume la situation (Voir détails dans l’article cité plus haut en référence).

Les différents domaines de la protéine LRP4 (Receptor Related Protein 4)qui se lient avec l’Agrine , régulent de manière différente  le développement du cerveau et la plasticité synaptique. On attribue désormais un rôle oncogénique à l’ Agrine au cours de  la régulation de l’intégrité d’adhésion focale dans le cas du carcinome hépatocellulaire.

Clivage de l'Agrine et conséquences à la JNMUne revue des techniques permettant de diagnostiquer une éventuelle corrélation entre la présence d’une Agrine altérée et  une maladie Neuromusculaire auto-immune (MG = Myasthenia Gravis).  Dans le cas d’une  pathologie et/ou au cours du  vieillissement, on observe un clivage enzymatique par la  Neurotrypsine de la protéine Agrine. Il y a alors libération d’un fragment soluble de l’Agrine connu sous le terme de fragment CAF qui correspond à sa partie C-terminale  ( C-terminal  Agrin Fragment), qui sera par la suite éliminé de la zone synaptique par  la circulation sanguine. La protéine  Agrine clivée est alors incapable de regrouper et d’activer les récepteurs  ACHRS. En conséquence, la structure générale de la zone devient moins stable, conduisant à une hétérogénéité accrue du diamètre des fibres, une fréquence plus élevée de noyaux centralisés, et le  type de fibre musculaire change  le type I pour devenir de  type II . En conséquence la jonction neuromusculaire ( NMJ ) est devenu  non-fonctionnelle, avec une croissance musculaire réduite et une  fonction  contractile moins performante (Cas de Sarcopénie / Cachexie). Une illustration présentée ci(contre et directement issue de l’article cité plus haut est présenter pour résumer schématiquement la situation.

En 2017, une nouvelle stratégie de thérapie visant exprimer une  Mini-Agrine via une construction virale dite « adéno-associée » est présentée comme incapable de sauver la  souris modèle de la ceinture de la Dystrophie musculaire des ceintures de type 2I (LGMD2I). Un schéma simplifié des domaines contenus dans la construction d’une Mini-Agrine ainsi que la version de l’adénovirus qui va permettre d’exprimer une telle protéine figure ci-contre avec plus de détails consultables dans l’article original cité plus haut.

La protéine de la matrice extracellulaire baptisée l’Agrine est maintenant à considérer comme un partenaire essentiel qui favorise la régénération cardiaque chez la souris. En sa présence il y a des informations qui favorisent la maturation des cardiomyocytes et la régénérescence cardiaque après un infarctus du myocarde. Un schéma récapitulatif illustre comparativement l’état d’un muscle cardiaque en présence et en l’absence d’Agrine.

Schéma Avec et sans Agrine

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur l’ Agrine,  il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

  1. )      L ’Agrine avec son lot de références historiques.
  2. )      la principale maladie actuellement connue qui résulte d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).
  • Protéine :  AGRIN ; AGRN