Soutenance de thèse de Pauline TOUARIN

Les membres de la famille des Galectines sont connus pour leur habileté à former des réseaux d’interactions qui impliquent des ligands glycosylés contenant des β-galactosides. Ces réseaux d’interactions Galectine/glycans participent à de nombreux processus biologiques tels que les phénomènes inflammatoires, la réponse immunitaire, l’autophagie, la migration et la signalisation cellulaire. Dans le milieu extracellulaire, les fonctions biologiques des Galectines ont été largement décrites comme provenant de leur capacité à interagir avec des glycans localisés à la surface des cellules. L’interaction de la Galectine-1 (Gal-1) et son ligand non-glycosylé, le récepteur des cellules pre-B (pre-BCR), est le premier exemple d’une interaction des Galectines indépendante des β-galactosides au niveau extracellulaire. Cette interaction qui implique Gal-1, est cruciale pour le développement des cellules B et fait intervenir des réseaux d’interactions entre les cellules pre-BII et les cellules stromales médiés par Gal-1. La mise en place de ces contacts cellule-cellule forme une synapse dite immunologique ou pre-B. La RMN on-cell, nous a permis de caractériser l’effet de λ5-UR sur l’interaction de Gal-1 avec ses ligands physiologiques exprimés au sein de la synapse pre-B. Ainsi, nous avons montré que λ5-UR induit des modifications spécifiques de l’affinité de Gal-1 pour certains glycoconjugués membranaires, au niveau des cellules stromales et pre-BII. De plus, nous avons démontré que l’interaction Gal-1/λ5-UR permet à Gal-1 d’acquérir spécifiquement une réactivité vis-à-vis de β-galactosides porteurs d’acides sialiques liés en α2-3 présents spécifiquement à la surface des cellules pre-BII. Nous avons également pu décrypter par RMN les modifications des contacts intermoléculaires entre Gal-1 et cet épitope glycosidique engendré par λ5-UR. Des études comparatives par RMN, glycan arrays et RMN on-cell avec le peptide synthétique Anginex, capable d’interagir avec Gal-1 et impliqués dans l’inhibition de l’angiogenèse, ont permis de démontrer que bien qu’interagissant sur la même surface que λ5-UR, celui-ci induisait des modifications d’affinité de Gal-1 pour certains glycans différents de ceux mis en évidence lors de l’interaction avec λ5-UR. Grâce à des études de dynamique par RMN nous avons pu prouver que les interactions des deux peptides induisait des modifications de la dynamique interne au sein du site d’interaction des carbohydrates de Gal-1 différentes en fonction du peptide interagissant. Enfin, nous avons pu mettre en évidence que λ5-UR était également une chaperonne intramoléculaire nécessaire à l’assemblage du pre-BCR au niveau intracellulaire. Cette étude de RMN cellulaire jamais réalisée à résolution atomique pour un membre des Galectines démontre donc que le site d’interaction protéique de Gal-1 peut être impliqué dans d’autres processus cellulaires et servir à affiner les interactions spécifiques Gal-1/glycoconjugués pour réguler les interactions transitoires entre cellules et par conséquent les réponses cellulaires, agissant tel un rhéostat physiologique. Cette plateforme pourrait être une bonne cible pour le développement de nouvelles thérapeutiques visant à déstabiliser les réseaux d’interactions Galectine-dépendant impliqués dans différentes pathologies.

Galectins are bridging glycosylated molecules by their β-galactoside moieties, forming a network involved in many physiological functions, such as inflammation, immune responses, cell migration, autophagy and signaling. Extracellularly, galectins function has been mainly described through carbohydrate binding activity. The first example of a carbohydrate-independent interaction outside the cell concerns galectin-1 (Gal1) and its ligand, the pre-B cell receptor (pre-BCR). This interaction has a crucial role in B-cell development through the formation of a Gal1-dependent lattice between pre-BII and stromal cells and thus leading to proper B cell differentiation. Our previous study revealed that Gal1 interacts with a motif of the pre-BCR (λ5-UR) on a surface adjacent to the Gal1 CBS (Carbohydrate Binding Site) and allows Gal1 to undergo selective affinity changes in its carbohydrate-binding activity in vitro. Using solution state on cell NMR spectroscopy, we investigated the effect of λ5-UR interactions on Gal1 binding activity for its physiological ligands expressed on pre-BII and stromal cell surfaces. We show that λ5-UR can specifically induce a ligand binding shift of Gal1 when bound to its cell surface ligands. We also identified one cell surface glycan epitope for which Gal1 increases its affinity upon λ5-UR interaction and deciphered the intermolecular contact changes induced by λ5-UR. In addition, glycan arrays screening combined to NMR relaxation data showed that λ5-UR changes the internal dynamics of specific Gal1 CBS residues resulting in the targeting of specific glycan epitopes. This cellular and structural NMR study ever conducted at atomic resolution for a member of the galectins demonstrates that Gal/unglycosylated protein interactions can act as physiological regulators of Gal1 lattice interactions at the cell surface.