Investigation of the role of xylosyltransferases I and II and of the kinase Fam20B in the regulation of proteoglycan synthesis

Les protéoglycans (PGs) à héparane- (HS) et chondrol'tine-sulfate (CS) jouent un rôle essentiel dans la régulation de nombreux processus biologiques tels que la différenciation cellulaire, la signalisation, la prolifération et la morphogenèse. En effet, les PGs via leurs chaînes de glycosaminoglycanes (GAGs) agissent comme des récepteurs pour des facteurs de croissance, des enzymes et des protéines d'adhésion cellulaire, modulant ainsi leur biodisponibilité, la formation de gradient et leur activité. La synthèse des chaînes de CS et d'HS est initiée par le transfert d'un résidu xylose sur des sérines de la protéine "core" des PGs par les xylosyltransferases (XT), XT-I et XT-II. Ces enzymes catalysent une étape limitante régulant la biosynthèse des GAGs. En plus de la régulation par les XT, la synthèse des GAGs peut être régulée par la phosphorylation du xylose en position 2-0 par la kinase Fam20B. Il a été montré que la XT-I et la XT-II sont capables de restaurer la synthèse des PGs dans les cellules déficientes en activité xylosyltransférase, suggérant ainsi qu'elles sont fonctionnellement redondantes. Cependant, les rôles spécifiques de la XT­ I et de la XT-II et l'impact de leurs mutations génétiques sur la synthèse des CS et des HS ne sont pas connus. Au cours de cette thèse, nous avons montré que la XT-I initie la synthèse des PGs avec des chaînes de CS et d'HS de tailles plus longues que celle initiée par la XT-II et avons démontré que cela est lié à leurs localisations subcellulaires respectives. En outre, nous avons montré d'une part que les mutations génétiques de la XT-I réduisent fortement la capacité de l'enzyme à initier la synthèse des GAGs et d'autre part que deux mutations de la XT-II conduisent à la mislocalisation de l'enzyme et l'abrogation de sa capacité à initier la synthèse des chaînes de CS et d'HS. En outre, nous avons démontré en utilisant différentes lignées cellulaires et des mutants inactifs que la kinase Fam20B régule négativement le processus de synthèse des chaînes de GAGs et par conséquent que la phosphorylation du résidu xylose par Fam20B entraîne un blocage dans la polymérisation des chaînes de GAGsHeparan- (HS) and chondroitin-sulfate (CS) proteoglycans (PGs) are essential regulators of many biological processes including cell differentiation, signalization, proliferation and morphogenesis. Indeed, PGs act through their glycosaminoglycan (GAG) chains as receptors for growth factors, enzymes and cell adhesion proteins, thereby modulating their bioavailability, gradient formation and biological activity. The assembly of HS and CS GAG chains is initiated by the transfer of xylose to serine residues of PG core protein by the xylosyltransferases (XT) enzymes, XT-I and XT-II. These enzymes catalyze a rate-limiting step in the biosynthesis pathway and therefore considered as a regulating factors in the GAG biosynthesis process. Beside the regulation by XT enzymes, GAG chain synthesis may also be regulated by phosphorylation of the xylose residue at 2-0 position by the kinase Fam20B. Ithas been shown that XT-I and XT-II are able to restore GAG-attached PG synthesis in xylosyltransferase-deficient cells, suggesting that they are functionally redundant. However, nothing is known of the specific roles of XT-I and XT-II ifany and of the impact of XT-I and XT-II mutations on the synthesis of CS- and HS-PG. Here, we showed that XT-I initiates PGs with large size CS- and HS-GAG chains compared to XT-II and demonstrated that this was linked to their subcellular localisation. In addition, we have addressed the question of whether genetic mutations of XT-I and XT-II associated with various diseases impact CS- and HS-PG synthesis and found that mutations in XT-I strongly reduced the capacity of the enzyme to initiate the synthesis of both CS and HS GAG chains. However, two mutations in XT-II abrogated the capacity of the enzyme to initiate CS and HS GAGs and led to the mislocalisation of the enzyme. Furthermore, we demonstrated using variouse cell lines and dead mutants that Fam20B negatively regulates GAG synthesis process and that phosphorylation of xylose residue by this kinase resulted in a blokage of the polymerisation procees of the GAG chai