Laboratoire de glycobiologie

Glycobiologie et glycoprotéines thérapeutiques

Les glycoprotéines sont les ingrédients actifs de la plupart des produits biologiques. Au Centre d’évaluation des produits biologiques, les recherches sur la glycobiologie aident à fournir de nouveaux renseignements et outils pour étudier les produits biologiques.

  • Pourquoi étudions-nous les glycoprotéines?
  • Comment étudions-nous la glycobiologie et les glycoprotéines thérapeutiques?
  • Concepts et outils utilisés pour étudier la glycobiologie et les glycoprotéines thérapeutiques
  • Point saillant de la recherche 1 : Glycosylation des anticorps et répercussions sur leur fonction
  • Point saillant de la recherche 2 : Glycoanalyse des vaccins

Pourquoi étudions-nous les glycoprotéines?

La plupart des produits biologiques thérapeutiques sont des glycoprotéines, c’est-à-dire des protéines auxquelles sont fixés des glucides. Ces chaînes de glucides (sucres), connues sous le nom de glycanes, sont liées aux protéines à des sites spécifiques. Les glycanes sont de tailles variées, depuis les monosaccharides (sucres simples) jusqu’aux oligosaccharides plus volumineux, qui sont formés de monosaccharides. Ils sont biosynthétisés par des cellules selon des processus complexes et dynamiques qui peuvent être particuliers à chaque protéine, et changer en fonction des conditions de croissance des cellules. Ainsi, ils ont le potentiel de former de nombreuses structures de glycanes qui diffèrent largement de l’un à l’autre.

En raison de cette hétérogénéité de glycosilation, il existe différentes glycoformes d’une même protéine. Chaque glycoforme peut posséder des propriétés biophysiques et des activités biologiques différentes. Différentes glycoformes peuvent également être utilisées comme marqueurs de certains états physiologiques et pathologiques.

La glycosylation d’une glycoprotéine peut avoir un effet sur les éléments suivants :

  • repliement et structure moléculaire finale de la protéine;
  • solubilité, stabilité et résistance à la dégradation;
  • transport (intérieur/extérieur de la cellule), bio-distribution;
  • vitesse d’élimination et temps de circulation;
  • immunogénicité, antigénicité;
  • activité spécifique, liaison ligand-récepteur.

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Comment étudions-nous la glycobiologie et les glycoprotéines thérapeutiques?

Dans notre laboratoire, au Centre d’évaluation des produits biologiques, nous abordons des questions concernant la glycosylation des glycoprotéines thérapeutiques. Nous nous efforçons de fournir de nouvelles connaissances et de nouveaux outils qui nous aideront à analyser l’efficacité et l’innocuité des glycoprotéines thérapeutiques.

Grâce à nos recherches, nous aidons à :

  • caractériser les glycanes liés à une glycoprotéine donnée;
  • comprendre les liens entre le profil et la fonction des glycoformes et d’une glycoprotéine donnée;
  • évaluer l’efficacité des glycoprotéines d’après le profil de leurs glycoformes;
  • surveiller et à comparer les différents lots d’une même glycoprotéine ou de glycoprotéines semblables;
  • examiner les méthodes qui pourraient nous aider à gérer le profil ou l’hétérogénéité des glycanes pendant la production.

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Concepts et outils utilisés pour étudier la glycobiologie et les glycoprotéines thérapeutiques

Les glycanes sont des polymères de monosaccharides. Chez les mammifères, leur taille peut aller d’un seul monosaccharide à des oligosaccharides renfermant plus de 20 unités de monosaccharide. Les monosaccharides communément présents dans les glycoprotéines des mammifères sont les six sucres neutres, en plus de la famille des acides sialiques chargés négativement.

Les monosaccharides des glycanes se lient les uns aux autres par l’entremise d’autres liaisons glycosidiques entre le groupe hydroxyle (OH) anomérique ou réducteur d’une unité monosaccharidique et le groupe hydroxyle d’un autre monosaccharide. Les oligosaccharides présentent un potentiel énorme de diversité structurelle, qui découle des éléments suivants :

  • identité et séquence des constituants monosaccharidiques;
  • configuration anomérique des liaisons glycosidiques (alpha, α bêta, β);
  • positions de liaison des liens glycosidiques (lequel des groupes hydroxiles);
  • type et degré de ramification des glycanes (nombre d’antennes).

La glycosylation est la modification la plus courante que subissent les protéines après leur synthèse dans la cellule, et environ 70 % des protéines sont des glycoprotéines. Les deux types de liaisons les plus fréquentes entre les glycanes et les protéines sont la liaison N­glycosidique et la liaison O­glycosidique. Bien que les méthodes de caractérisation des oligonucléotides et des protéines soient bien établies (p. ex. à l’aide de la réaction de polymérisation en chaîne quantitative et du séquençage des peptides, respectivement), il est plus difficile de caractériser le glycane en raison de sa diversité structurelle et parce que la glycosylation des protéines peut ne pas être directement maîtrisée par ses données génétiques.

Dans notre laboratoire, nous caractérisons et déterminons le rôle des glycanes dans les glycoprotéines thérapeutiques au moyen de stratégies qui allient la chimie analytique, la biotechnologie et la biologie chimique. Spécifiquement, la séparation et l’analyse des glycanes séparés des glycoprotéines sont souvent effectuées au moyen de diverses méthodes chromatographiques, notamment la chromatographie échangeuse d’anions à pH élevé (HPAE, high-pH anion-exchange) et la chromatographie liquide à haute performance (CLHP). Les glycanes à l’état naturel et les glycanes modifiés chimiquement peuvent être détectés à l’aide de méthodes de détection électrochimique et de méthodes par fluorescence.

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Point saillant de la recherche 1 : Glycosylation des anticorps et répercussions sur leur fonction

Les anticorps sont largement utilisés pour le diagnostic, la détection par imagerie et le traitement d’un large éventail de maladies. Ce sont des glycoprotéines dont les glycanes sont fixés à un acide aminé spécifique et totalement conservé.

Leur état de glycosylation affecte grandement leur structure et leur fonction, et par conséquent, leur efficacité et leur innocuité. Dans notre laboratoire, nous effectuons des études de glycosylation sur les anticorps monoclonaux offerts sur le marché et sur d’autres produits d’immunoglobulines.

Nous travaillons à :

  • mieux évaluer les variations d’un même produit d’immunoglobulines et entre différents produits d’immunoglobulines;
  • comprendre les différences fonctionnelles d’un produit à l’autre que ces variations peuvent causer;
  • élargir l’étude de glycosylation de manière à y ajouter des comparaisons entre d’autres glycoprotéines thérapeutiques, dont les anticorps de travail, les hormones, les enzymes et d’autres produits biologiques.

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Point saillant de la recherche 2 : Glycoanalyse des vaccins

De nombreux vaccins contre les infections bactériennes se composent de polysaccharides purifiés qui sont dérivés des capsules bactériennes des espèces et des souches cibles, puis sont conjugués à des protéines porteuses afin de provoquer une réaction immunitaire puissante et soutenue. En outre, de nombreux vaccins contre les infections virales comportent des virus vivants atténués ou inactivés, ou des protéines virales recombinantes, chacun de ces éléments pouvant être glycosilé. L’efficacité et l’innocuité de ces vaccins dépendent de l’identité, de la pureté et de la quantité de chaque composant glucidique. Nous travaillons à élaborer des techniques d’analyse et de dosage des polysaccharides qui entrent dans la composition de divers vaccins afin d’évaluer leur efficacité et leur innocuité.