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Membrane transport of sugar donors to the glycosylation sites

1987; Elsevier BV; Volume: 69; Issue: 2 Linguagem: Francês

10.1016/0300-9084(87)90240-9

1638-6183

André Verbert, René Cacan, Roméo Cecchelli,

Carbohydrate Chemistry and Synthesis

The assembly of N-linked glycoproteins in eukaryotic cells begins with the segregation of these molecules within the lumen of intracellular vesicles. Since the sugar nucleotides are cytoplasmic molecules, translocation of the sugar moiety across the membrane appears as a crucial event in the glycoprotein synthesis. This N-glycosylation process occurs in two different cytological sites: in the rough endoplasmic reticulum, the stepwise synthesis of a large lipid-linked oligosaccharide takes place, as well as its transfer to protein; then after trimming the immature glycoprotein is further elongated in the Golgi apparatus. In this paper, a brief review will be given of the present knowledge on the sugar donor transport across the membrane barrier to the glycosylation site. Based upon the transmembrane orientation of oligosaccharide lipid intermediates and on the localization of the glycosyltransferase active sites, the different processes required to translocate the sugar moieties during the preassembly of the dolichyl-pyrophosphate-oligosaccharides will be examined. Combining the different results, obtained in several laboratories, it is suggested that the Man5-GlcNAc2-lipid is synthesized on the cytoplasmic side directly from the sugar-nucleotides and then translocated to the lumenal face where the Glc3-Man9-GlcNAc2-lipid is completed using Man-P-Dol and Glc-P-Dol as transmembrane carriersof these sugars. Concerning the elongation process leading to assembly of the antennae of N-acetyllactosamine type oligosaccharides, specific carriers for sugar nucleotides have been described as Golgi markers. Several authors have characterized such carriers for UDP-Gal, GDP-Fuc, CMP-NeuAc, UDP-GlcNAc and UDP-Glc using microsomal vesicles and similar results have been obtained in our laboratory using plasma membrane permeabilized cells. This carrier-mediated process leads to the formation of an intralumenal pool whose biological significance will be discussed. The translocation process of sugar donors occurring in the rough endoplasmic reticulum via lipid intermediates as well as in the Golgi apparatus via specific carriers would represent a regulation step based on the availability of the substrates for the glycosylation. Dans les cellules eucaryotes le processus de N-glycosylation des protéines est un événement co-et post-traductionnel qui se déroule dans deux sites cytologiques différerts: d'une part, dans le reticulum endoplasmique rugueux où s'effectue, par le cycle des dolichols, le préassemblage de l'oligosaccharide qui sera ensuite transféré ⪡en bloc⪢ sur un résidu asparaginyl de la protéine naissante et, d'autre part, dans l'appareil de Golgi où le glycanne subira les modifications qui aboutiront aux diverses structures oligomannosidiques, N-acétyllactosaminiques et hybrides. Le but de cette revue est de faire le point des connaissances actuelles sur le transport des donneurs de sucres du cytoplasme où ils sont présents sous forme de glycosyl-nucléotides vers leurs sites d'utilisation situés de l'autre côte de la ⪡barrière⪢ que forment les membranes intracellulaires. Les différentes étapes nécessaires au transport des résidus glycosyls au cours de leur préassemblage sur les intermédiaires lipidiques seroni tout d'abord examinées. Bien que la situation ne soit pas encore très claire en ce qui concerne la formation du chitobiosyl-pyrophospho-dolichol, il se dégage l'idée générale d'une formation du précurseur Man5-GlcNAc2-PP-Dol sur la face cytoplasmique puis de sa translocation sur la face luminale où la synthèse se poursuit jusqu'au Glc3-Man9-GlcNAc2-PP-Dol. En ce qui concerne le processus de maturation du glycanne qui se déroule aprés le transfert ⪡en bloc⪢ sur la protéine, nous examinerons les données récentes acquises sur les transporteurs de glycosyl-nucléotides (UDP-Gal, CMP-NeuAc, GDP-Fuc, UDP-GlcNAc et UDP-Glc) qui ont été décrits en utilisant des vésicules microsomales ou des cellules dont la membrane plasmique a été perméabilisée. La formation de ⪡réserve⪢ intraluminale de glycosyl-nucléotides sera discutée. Ces processus de transport des résidus glycosyls sur leur lieu d'utlisation représentent une régulation possible de la glycosylation fondée sur la compartimentation ou la disponibilité des substrats.