Perlécane

INTRODUCTION

Les études sur les protéoglycanes sont nombreuses et ces entités forment une classe de glycoprotéines qui sont très glycosylée et sulfaté. Ces molécules sont largement distribuées
dans le corps et sont de premier plan en tant que composants de la matrice  extracellulaire. Diverses études indiquent que les protéoglycanes sont spécifiques d’un tissu à l’autre  et se distinguent les uns des autres par leurs chaînes d’hydrates de carbone. Furent d’abords identifiés comme Héparane sulfate protéoglycanes en tant que parties intégrantes des membranes la Laminine de type IV,  le Collagène, puis l’ Entactine. On va alors extraire de Extractions séquentielles de la membrane basale de tumeur dites de «  Engelbreth-Holm-Swarm  = EHS»,  de tels protéoglycanes  avec différentes tailles de chaînes carbonées identifiées comme 2 entitées distinctes de 95-130 et 350-400 kDa et dont la forme la plus grande d’environ 400 kDa  va être isolée et susceptible de donner naissance à diverses formes dégradées.

Puis des études biochimiques permirent d’avancer sur une meilleure connaissance de cette protéine de 400 kDa. Mais il faudra attendre les années 1990 pour avoir enfin une terminologie définitive indiquant tout d’abord que ce type de  Protéoglycanes à sulfate d’Héparane (sigle = 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)) sera identifié sous le terme de HSPG2. Puis le nom de baptême de cette protéine sera le Perlécane, nom dérivé de l’Anglais (Pearl) signifiant Perle « agencée sur une ficelle » avec la terminaison « ane » indiquant une modification post-traductionnelle en glycosaminoglycane.

Ainsi le Perlécane est une molécule complexe avec une structure protéique centrale formant une très grosse molécule possédant de nombreuses unités di-saccharidiques qui se répètent. Ces dernières étant généralement des unités glycosaminoglycane (ou Glucose Amino-Glycane, dont le sigle est GAG).

Le Perlécane

Séquences du ParlécaneCette grosse Protéine de la matrice extracellulaire, le Perlécane,  est souvent répertoriée comme protéine constitutive de la membrane basale sous la forme anglaise de «  Basement membrane-specific heparan sulfate proteoglycan core protein = HSPG2 ». Un tableau récapitulatif permet d’obtenir les informations de séquence sur le Perlécane et un lien Swissprot est indiqué pour plus de détails : P98160.

Rapidement sa structure fut dévoilée et de nombreuses données sont actuellement disponibles pour on en a dressé un portrait robot comme indiqué dans le schéma suivant selon les indications de la littérature, et récemment mis à jour comme indiqué dans l’article en référence.

On trouve ainsi au sein du portrait-robot du Perlécane :

  • 4 Domaines EGFPortrait robot du Perlécane
  • 22 Domaines Immunoglobuline-Like
  • 9 Motifs laminine EGF-Like
  • 3 Domaines Laminine G-Like
  • 3 Domaines Laminine de type IV
  • 4 Domaines de récepteur lipoprotéique à basse densité = Low-Density Lipoprotein
  • 1 Domaine Sea = Urchin Sperm Protein ; Enterokinase, Agrine.

 On va alors définir des zones codifiée comme les domaines de I à V pour mieux identifier la région concernée de cette grande protéine, et par ailleurs, une compilation des analyses qui montrent que le Sites de clivages enzymatiques sur le PerlécanePerlécane possède de nombreux sites susceptibles d’être la cible d’une protéolyse limitée via des enzymes ayant des spécificités variées à été réalisé. Un schéma récapitulatif permet d’identifier l’enzyme et son/ses sites de clivage(s) sur le portrait-robot du Perlécane avec une référence sur les principaux travaux effectués dans l’analyse par approche biochimique de cette protéine.

Cependant il est a noté que dès 2003 l’extrémité C-terminale du Perlécane (aa 3687-4391), correspondant à la totalité du  domaine V fut désormais nommé « Endorepelline«  comme capable de contrecarrer les effets anti-angiogénique de l’Endostatine. Puis en 2005 il est établi que  l’extrémité C-terminale de Représentation 3D du segment LG3 du Perlécanel’Endorepelline correspondant au fragment (aa 4197-4391) constituant le dernier motif dit « domaine Laminine G »  (=LG3-peptide) est obtenu par l’action des Metalloprotéases BMP1/Tolloid-like. Ce peptide est disponible dans sa structure 3D suite à de récents travaux sur le Perlecane et son allure spatiale est retranscrite de l’article en référence dans la représentation ci-contre.

Rôle et partenaires du Perlécane

Dès 1994, peu de temps après son identification les études sur la biologie de Perlécane permettent de démontrer que ce protéoglycane à sulfate d’Héparane présente de multiforme au sein  des membranes basales et des matrices péri Anamogie structurale entre Laminine et -Perlécanecellulaires. En particulier son organisation et la présence de certains domaines dans sa structure montre une relative similarité avec une autre protéine déjà connues depuis le début des études sur les protéoglycanes, la Laminine. Une représentation schématique de cette analogie dans l’organisation spatiale du Perlécane est illustrée dans l’image ci-contre.

Une revue en français résume en effet que le Perlécane est ainsi une protéine de la matrice extracellulaire à plusieurs pôles d’adhérence qui se trouve associée au (DGC = Dystrophin Glycoprotein Complex) dans les cellules de muscle squelettique. Ainsi le Perlécane associé à l’Alpha-Dystroglycane joue un rôle essentiel dans la formation de la jonction neuromusculaire (NMJ). Sa présence favorise les îlots de récepteur à l’acétylcholine en synergie avec la présence de l’Alpha-Dystroglycane. Le tandem Perlécane-Dystroglycane participe à la stabilité et au développement de l’épithélium. La maintenance de la polarité épithéliale requiert le tandem Perlécane-Dystroglycane dans les conditions décrites dans cette étude. De plus il existe un rôle relativement important pour le Perlécane lors de l’angiogénèse.

En conséquence comme l’indique une étude sur le modèle animal le poisson Zèbre, une fonction centrale est dévolue au Perlécane dans le développement du muscle squelettique et le même rôle est prépondérant dans la stabilité du muscle cardiaque. Mais pour autant il est connu depuis déjà un certain temps que l’importance du Perlécane ne se limite pas aux muscles squelettiques, cardiaques et lisse il est également connu pour maintenir l’Intégrité du cartilage.

Liste par zone des partenaires du PerlécaneAinsi les études furent nombreuses et selon les zones (I à V) de la protéine Perlécane on a pu investir plus d’une expérience et mettre en évidence qu’un même partenaire pouvait en fait réaliser des associations tout au long de la structure du Perlécane. On a pu ainsi établir que plusieurs zones distinctes du Perlécane avaient des relations variées avec divers partenaires. Une compilation de l’ensemble de ces interactions est résumée sur un schéma avec une association entre les divers partenaires connus du Perlécane et la structure en zones distinctes de I à V du Perlécane.

DAPC et perlécane

 

Un schéma récapitulatif indique plus particulièrement la distribution du Perlécane au sein de la membrane du muscle 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).

 

 

Perlécane et Pathologies associées

 

Ainsi en accord les données sur la distribution du Perlécane citée au-dessus il a été identifié une expression réduite ainsi qu’une accumulation du Perlécane chez l’homme en ce qui concerne  des lésions athérosclérotiques de la carotide.

Il existe des cas fréquemment rapportés de déficiences en Perlécane lors du syndrome de Schwartz-Jampel et la détection de  mutations de la forme 2 du Perlécane (HSPG2)chez les patients atteints de cette pathologie est actuellement bien documentées. Cependant il est évident qu’une rupture de la liaison au sein de la matrice extracellulaire du Perlécane fait suite à une perte fonctionnelle du Dystroglycane (perte d’origine génétique ou suite à un défaut post-translationel = mauvaise glycosylation).

 

Mais également en 2007, des études démontrent des  mutations du gène codant pour la protéine Perlécane dans le cas de certaines chondrodysplasies (Dysplasies Osseuses).

Organisation du Perlécane dans la Matrice ExtracellulairePour autant,  les mécanismes pathogéniques d’assemblage de la membrane impliquent les protéoglycanes et plus particulièrement le Perlécane comme le résume diverses revues dont celle indiquée en référence ci-dessus. On y trouve en particulier une organisation schématique de l’organisation des diverses protéines localisées dans la matrice extracellulaire avec une identification des l’assemblage complexe entre elles comme cela est illustré dans la représentation ci-contre directement issue de l’article en référence.

 Avancées depuis 2013

 En début 2013, une revue présente une lueur d’espoir  suite à un d’accident vasculaire cérébral en proposant une  thérapie qui implique plus particulièrement le domaine dit V du Perlécane.

La modulation extracellulaire du facteur de croissance des fibroblastes comme voie de signalisation par les protéoglycanes comme les Héparanes sulfates (Perlécanes)  joue un rôle important dans  le développement des mammifères. Le Perlécane régule la voie de signalisation « Wnt » de manière  bidirectionnelle au niveau de  la jonction neuromusculaire chez la Drosophile. Le Perlécane permet également  de maintenir l’intégrité des micro vaisseaux in vivo et de moduler leur formation in vitro. De nouveaux  Anticorps spécifiques Anti-Perlécane sont de présentés dans cet article comme jouant le rôle de nouveaux accélérateurs au cours d’une  lésion vasculaire avec un pouvoir de médiation immunitaire.

La protéine nommée « heparin sulfate proteoglycan terribly reduced optic lobes (=Trol) »,  qui  est chez  la Drosophile melanogaster une protéine homologue du Perlécane chez les vertébrés, contrôle  l’architecture de la matrice extracellulaire et équilibre les processus de prolifération et de différenciation au niveau des protéines progénitrices sanguines dans le ganglion lymphatique chez la drosophile.

Dans le présent travail toujour en 2013, les Protéoglycanes Héparane sulfate (HSPGs) sont des protéines du noyau qui comprennent les Syndécanes Transmembranaires (=SDC), les protéines dites « lycosylphosphatidylinositol-linked glypicans (=GPC), le  Perlécane (HSPG2), et l’Agrine. Dans cette étude, il est dressé en détail  un profil de chacune de ces protéines au cours de l’attachement du virus dit « hepatitis C virus (HCV) ».

Une nouvelle analyse dans les structures de la peau (lame basale) du  rôle précis des protéines de liaisons que sont le Nidogène et le Perlécane

 En 2014, la métalloprotéinase-7 (MMP7= Matrillysine)  est capable de réaliser de multiples clivage sur le Perlécane (voir les nombreux possibles sites de clivages indiqué dans l’article Fig 1) et se trouve alors sous forme plus courte jouer le rôle de commutateur moléculaire impliqué dans le comportement des cellules du Cancer de la prostate. Un suivi de l’apoptose dans les cellules endothéliales des capillaires et dans le vieillissement du muscle squelettique implique une participation relativement importante du Perlécane. Le rôle de Perlécane au niveau des dérivés vasculaires est de participer dans la modulation de l’adhérence cellulaire, la prolifération et la signalisation via des facteurs de croissance. Les propriétés physico-chimiques et de l’importance médicale de la superfamille des protéines regroupant Syndécane et Perlécane en tant que biopolyelectrolytes anioniques sont rapportées dans ce travail. Les chaînes latérales du Perlécane ont un rôle essentiel dans les effets inhibiteurs sur la réponse des cellules du muscle lisse vasculaire artériel suite à des blessures. Un rôle particulier des entités Agrine et Perlécane est abordé dans cette étude sur les processus tumorigènes que l’on observe au cours du développement d’un carcinome épidermoïde oral.

En 2015, le Perlécane est une protéine nécessaire pour l’inhibition de la prolifération des cellules musculaires lisse via l’acide trans rétinoïque. Le  Perlécane est un déterminant essentiel de l’angiogénèse en réponse à ischémie chez la souris. Le fragment LG3, situé en partie C-terminale du Perlécane,  régule le ciblage sur les cellules souches mésenchymateuses et au niveau de formation de  la néo-intima lors d’un rejet vasculaire. Une déficience en Perlécane altère le développement vasculaire pulmonaire et atténue une hypertension pulmonaire hypoxique. Chez le modèle animal C. elegans on observe via la signalisation (UNC-52/ Perlécane), un profil spécifique des terminaisons dendritiques sensorielles au niveau des Sarcomères.

Le Perlécane inhibe l’autophagie et va ainsi permettre de maintenir l’homéostasie musculaire dans le muscle  soléaire de la souris. Dans ce travail il est abordé le processus selon lequel le Perlécane va diversement réguler la migration et la prolifération des différents types cellulaires in vitro. Le rôle potentiel de la région V du Perlécane  est une cible pour engager une nouvelle approche de thérapie dans la démence vasculaire. La dépendance de la  glycosylation avec le corps protéique du Perlécane (région dite II) est particulièrement important pour la liaison avec la protéine LDL  (low-density lipoprotein) et  ses implications dans  l’athérosclérose. Le déficit en Perlécane va  provoquer un dysfonctionnement endothélial en favorisant une  réduction de l’expression endothéliale de l’oxyde nitrique synthase. Le Perlécane est recruté par le Dystroglycane au niveau des nœuds de Ranvier et entre en relation avec la Gliomédine.

Mutations détectées dans la structure du PerlécaneLes diverses fonctions du Perlécane dans les cellules du système nerveux central sont analysées dans ce travail  in vitro. La membrane basale et la distribution relative du Perlécane et de l’Agrine, c’est un travail récent sur ce sujet qui est présenté ici avec des données anciennes et quelques notions nouvelles. Une mutation faux-sens est en particulier analysée dans le domaine III du Perlécane ( HSPG2) au cours du développement du syndrome de Schwartz-Jampel et le travail montre comment une telle mutation compromet sa sécrétion dans l’espace extracellulaire. Pour autant ce travail permet de dresser à la lumière des données contenues dans cet article, le bilan des mutations connues comme affectant le Perlécane et une illustration permet de situer ces dernières sur le portrait-robot de la protéine et en particulier en rapport précis avec le domaine (I à V) affecté.

En 2016 , cette étude montre les profils d’expression immun histochimiques différentiels des facteurs de croissance se liant au perlécane dans la dysplasie épithéliale, le carcinome in situ et le carcinome épidermoïde de la muqueuse buccale. Le domaine recombinant V du perlécane humain utilisé via une association covalente au support à base de soie permet une adhérence, un étalement et une prolifération des cellules endothéliales plus efficace ci qui va favoriser un rôle antiplaquettaire. Une telle propriété de ces surfaces ainsi traitée les rend alors prometteuses pour le développement des greffes vasculaires de nouvelle génération. Le perlécane et les facteurs de croissance de l’endothélium vasculaire  favorisent l‘angiogenèse et la cicatrisation des plaies. 

En 2016, le perlécane et la MMP-7 sont maintenant conçu comme des marqueurs en tant qu’indices d’invasion tissulaire. En effet la localisation tissulaire et les fragments circulants du perlécane ont été enregistrés chez une cohorte de 288 patients prostatectomisés. Cette étude permet le suivi de différent fragment de perlécane.

En 2017 le domaine V du Perlécane est démontré comme susceptible d’ inhiber l’activation induite par l’amyloïde β via  la cascade de signalisation neurotoxique induite par l’intégrine α2β1. De plus ce même domaine V du perlécane humain est obtenu sous forme d’une protéine recombinante qui va se révéler comme étant un bon protéoglycane vasculaire bioactif. La séquence choisie sera de l’acide aminé 3626 à 4391 du perlécane humain, ce qui correspond au domaine V. Cette séquence est exprimée dans les cellules HEK-293 et purifié en tant que produit sécrété. Ce domaine recombinant V (rDV) est exprimé en tant que protéoglycane décoré de sulfate d’héparane et de chaines de sulfate de chondroïtine Cette protéine possède les sites interactions avec les cellules endothéliales dans la même mesure que le perlécan dans sa totalité. Ce système d’expression sert de modèle important pour une expression de protéoglycanes recombinants. Ainsi cette source de rDV biologiquement active semble particulièrement appropriée pour des applications thérapeutiques. Un schéma récapitulatif montre à partir du perlécane total la réalisation du rDV comme cela est présenté ci-dessous.

De nouvelles données sont rapportées, avec le fait que le Perlécane est nécessaire pour la différenciation chondrogénique des cellules mésenchymateuses synoviales via la régulation de l’expression du gène Sox9. Mais aussi le fait qu’une programmation d’un déficit pour la molécule de la matrice pericellulaire, le perlécane, permet de diminuer la rigidité des cellules (in situ) et de la matrice au cours du développement du cartilage. De plus la progranuline, un facteur de croissance interagissant avec le Pérlécane, est susceptible de réguler l’ubiquitination, le tri et la dégradation lysosomale de la sortiline.

Toujours en 2017, c’est une étude sur le développement neuromusculaire chez la drosophile qui est suivi quant à la présence et au rôle du Perlécane. Puis c’est une information qui est publiée sur une potentielle exploitation des protéoglycanes de sulfate d’héparane dans la spécification et le devenir de la lignée de contrôle de la neurogénèse humaine. Une belle illustration met en lumière le rôle central de ces composés dans la neurogénèse avec un bilan général sur le développement des neurones, des astrocytes et des oligodendrocytes.

Ici sont abordés les mécanismes dévolution rencontré dans les cancers et le remodelage cellulaire impliquant plus particulièrement le Perlécane. Ce dernier serait en particulier ciblé pour les phénomènes d’invasion et de prolifération cellulaire via une implication dans l’angiogenèse.

Cette nouvelle revue aborde l’ensemble de la physiologie autour du perlécane et en particulier la mosaïque de fonction qui seront impactées par une altération qui conduit alors à une pathologie bien définie (1132). Un diagramme schématique démontrant le mécanisme d’action du perlécan et endorépelline dans l’angiogenèse et autophagie est ainsi présenté. Notez le chevauchement entre certains des intermédiaires de la voie de signalisation comme cela est illustré dans le diagramme proposé ci-dessous et traduit de l’article original en référence.

 

En conclusion

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

A)     Le Perlécane avec son lot de références historiques.

B)      Les principales maladies actuellement connues qui résultent d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).

Protéine : PERLECAN = HEPARAN SULFATE PROTEOGLYCAN OF BASEMENT MEMBRANE; HSPG2

Pathologies associées: DYSSEGMENTAL DYSPLASIA, SILVERMAN-HANDMAKER TYPE; DDSH ; SCHWARTZ-JAMPEL SYNDROME, TYPE 1; SJS1