Les mucines sont les constituants principaux des mucus tapissant les muqueuses digestives, respiratoires et génitales de l’organisme. Ces glycoprotéines forment un réseau protéique aux caractéristiques physico-chimiques bien particulières qui confèrent aux mucus leurs propriétés viscoélastiques.
Informations clés
Les mucines sont des composés essentiels pour le maintien de l’intégrité des muqueuses et de leur fonction barrière. Ce sont donc des piliers de notre organisme pour la protection des épithéliums contre toutes sortes d’intrusions pathogènes.
Structure et caractéristiques des mucines
Les mucines sont des glycoprotéines de haut poids moléculaire (jusqu’à 30 000 kDa) formées d’une longue chaînepeptidique (appelée apomucine) sur laquelle sont fixés des sucres, appelés glycanes. Les nombreuses chaînes sucrées s’hérissent de part et d’autre de la chaîne peptidique ce qui donne aux mucines un aspect d’écouvillon.
La biosynthèse de ces molécules complexes implique de nombreuses étapes : production de l’apomucine (gène MUC), ajout des glycanes (glycosylation), la polymérisation (réseau de monomères de mucine) et excrétion.
L’ajout successif des sucres sur la chaîne peptidique fait intervenir des enzymes appelées glycosyltransférases (exemple : des sucres de type fucose sont transférés par des fucosyltransférase).
On distingue deux types de mucines :
les mucines sécrétées, également dites « vraies mucines » : elles sont libérées par exocytose à la surface des cellules mucosécrétrices et s’organisent en polymères formant un véritable réseau ;
les mucines membranaires : après exocytose elles restent liées aux membranes plasmiques des cellules épithéliales.
Chez l’homme, une vingtaine de mucines ont été identifiées et nommées de MUC1 à MUC20 (certaines étant sécrétées et d’autres membranaires).
Les mucines sécrétées sont notamment responsables de la forte densité et de la grande viscosité des mucus recouvrant les muqueuses (propriétés viscoélastiques et gélifiantes). Les mucines peuvent adapter les liaisons qu’elles forment entre elles en fonction des besoins physiologiques de l’organisme : plus les mucines s’assemblent en réseau dense, plus le mucus sera épais et collant.
En tant que constituant principal des mucus, les mucines contribuent au maintien de l’intégrité des barrières épithéliales de l’organisme, première ligne de défense de l’immunité innée.
Par ailleurs, les mucines constituent un réservoir énergétique pour le microbiote intestinal. Leur métabolisation, notamment au niveau du colon, s’effectue par des enzymes spécifiques sécrétées par différentes bactéries.
Pour aller plus loin :
L’apomucine, la chaîne peptidique au cœur des mucines
L’axe peptidique constituant les mucines, appelé apomucine, compte entre 400 et 7000 acides aminés. Chaque apomucine contient en son centre une région riche en sérine, thréonine et proline (on parle de la région S/T/P). Cette dernière, de longueur et de séquence variables, est propre à chaque mucine et fortement glycosylée.
Aux extrémités de la chaîne peptidique, se trouvent au contraire des séquences uniques rarement glycosylées. Pour les mucines sécrétées, ces domaines sont riches en cystéines, important pour la formation des réseaux. Dans le cas des mucines membranaires, l’extrémité est constituée d’une zone transmembranaire hydrophobe, responsable de l’ancrage des mucines dans la bicouche lipidique des membranes plasmiques.
Les apomucines étant très riches en thréonine, une grande partie de la thréonine apportée par les aliments est utilisée pour leur synthèse. Cet acide aminé joue donc un rôle majeur dans la production de mucus fonctionnel. Les carences en thréonine pourraient être responsables d’une perméabilité anormale des muqueuses intestinales.
Les chaînes glycosidiques des mucines
La fraction sucrée des mucines, formée de glycanes, représente plus de 80% du poids des mucines. Majoritairement situées dans les régions S/T/P des mucines sur les résidus thréonine et sérine, ces chaînes sucrées sont en grande partie fixées à l’apomucine par une liaison de type O-glycosidique. Leur taille varie généralement de 1 à 20 sucres, à l’exception des mucines du côlon dont les chaînes vont de 2 à 12 sucres.
Les chaînes oligosaccharidiques sont construites progressivement par addition de monosaccharides tels que le L-fucose, le D-galactose, le N-acétyl-D-galactosamine, le N-acétyl-D-glucosamine ou l’acide sialique. Les enzymes responsables de cette synthèse sont appelées glycosyltransférases.
De façon générale, les chaînes de sucres présentent des terminaisons d’acide sialique et de sulfate ce qui confère une charge négative aux mucines. Cette charge négative permet une répulsion électrostatique entre les chaînes. De plus, l’acide sialique peut servir de récepteur à de nombreuses bactéries et en particulier aux virus permettant au mucus de jouer pleinement son rôle de défense en les éliminant plus facilement.
À noter : une modification et une altération de la glycosylation est observée dans de nombreuses pathologies ce qui engendre une diminution de la capacité des mucines à piéger les bactéries et virus, augmentant ainsi les risques d’infection et d’inflammation.
Biosynthèse des mucines
La biosynthèse des mucines se déroule dans des cellules spécifiques, les cellules en gobelets, et implique de nombreuses étapes dont la transcription du gène MUC, la traduction de la protéine, la glycosylation de la chaîne peptidique, la polymérisation et le stockage.
Une fois, le gène MUC transcrit et l’ARM messager traduit en apomucine, les sucres sont ajoutés par les glycosyltransférases au sein de l’appareil de Golgi. Enfin, les mucines nouvellement formées subissent un phénomène d’oligomérisation afin de former un véritable réseau plus ou moins complexe.
Une fois formées, les mucines sont condensées dans des vésicules golgiennes afin de migrer et fusionner avec la membrane plasmique des cellules : c’est le phénomène d’exocytose (libération) du mucus au niveau des muqueuses. Les mucines membranaires seront quant à elles ancrées à la surface de la cellule.
À noter : le blocage de certaines glycosyltransférases aurait une influence importante sur la structure finale des chaînes oligosaccharidiques ce qui pourrait entraîner une interruption prématurée de leur synthèse voire leur élimination dans certaines pathologies comme les cancers.
Dégradation des mucines
La dégradation des mucines constitue un apport nutritif pour les bactéries commensales du microbiote intestinal.
Leur forte glycosylation leur confère cependant une haute résistance face aux enzymes protéolytiques. Les extrémités de la chaîne peptidique, rarement glycosylées, sont plus sensibles aux protéases bactériennes et endogènes. Les chaînes oligosaccharidiques des mucines étant par ailleurs assez diversifiées, elles nécessitent un large spectre d’enzymes capables de les dégrader.
Le côlon est l’organe de choix pour cette activité, grâce à l’action de différentes bactéries qui sécrètent ces enzymes spécifiques. Certaines bactéries de la flore intestinale normale, à l’image des bactéries MOD (pour Mucin Oligosaccharide Degrading bacteria en anglais), produisent par exemple des glycosidases qui agissent spécifiquement sur les mucines. Les sucres qui en résultent sont utilisés comme source d’énergie pour les bactéries, entraînant la production d’acides gras à chaîne courte, le produit final du métabolisme bactérien.
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