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Le glycogène est un polysaccharide très ramifié qui se compose de résidus glucosyliques et également d’une quantité petite mais significative de protéines, dans laquelle tous les résidus glucosyles sont liés entre eux par des liaisons α-1,4-glycosidiques en chaînes linéaires et des liaisons α-1,6-glycosidiques aux points de ramification1. La structure des particules de glycogène est généralement divisée en trois hiérarchies : 1) les oligomères à chaîne courte, 2) les particules β sphériques (~20 nm de diamètre) et 3) les grandes particules de α en forme de rosette agrégées par β particules, dont le diamètre varie approximativement jusqu’à 300 nm. Récemment, il a été constaté que les particules de glycogène α ont deux états structurels chez les eucaryotes, c’est-à-dire un état fragile et un état stable. Ici, la fragilité signifie la dissociation de particules de α plus grandes en particules de β plus petites en présence d’un agent chaotrope comme le DMSO2. Des analyses plus approfondies ont révélé que les particules de α de glycogène dans le foie diabétique sont constamment fragiles3 et que les particules α fragiles se dégradent beaucoup plus rapidement que les particules α stables4. Ainsi, la fragilité structurelle du glycogène peut exacerber les états hyperglycémiques dans le diabète 2,4, ce qui fait de la particule α fragile un biomarqueur pathologique potentiel du diabète au niveau moléculaire. Cependant, l’existence de particules de α de glycogène chez les procaryotes n’est signalée que sporadiquement5, et il n’y a pas de rapport sur les deux états structurels différents des particules de glycogène α chez les bactéries.
Afin de comprendre les fonctions physiologiques des particules de glycogène bactérien, il est essentiel de déterminer la structure fine des molécules de glycogène, ce qui nécessite une isolation du glycogène avec un rendement maximal et une dégradation minimale1. Jusqu’à présent, diverses techniques ont été développées pour l’extraction du glycogène, y compris, mais sans s’y limiter, l’extraction à l’eau chaude, l’extraction à l’acide trichloracétique (TCA) et l’extraction alcaline chaude (hydroxyde de potassium, KOH)6. De plus, une autre méthode couramment utilisée pour l’isolement du glycogène eucaryote, la méthode d’ultra-centrifugation par gradient de densité de sucre (SDGU), a également été signalée pour l’isolement du glycogène bactérien chez Selenomonas ruminantium et Fibrobacter succinogenes 7,8. Bien que les avantages et les inconvénients de ces méthodes aient été largement discutés dans les études eucaryotes 9,10, il existe rarement des études comparatives de structures fines de glycogène isolées par différentes méthodes d’extraction chez les bactéries du point de vue des structures des particules de glycogène.
Dans cette étude, cette question a été abordée en utilisant Escherichia coli BL21(DE3) comme organisme modèle. Au total, quatre méthodes d’extraction du glycogène ont été comparées, à savoir l’extraction à l’eau chaude précipitée au TCA (TCA-HW), l’extraction à l’eau froide précipitée au TCA (TCA-CW), l’extraction en solution chaude à 30 % KOH (KOH-HW) et l’extraction à l’eau froide par ultracentrifugation par gradient de densité de saccharose (SDGU-CW). La distribution granulométrique des particules de glycogène a ensuite été mesurée par chromatographie d’exclusion stérique (SEC), tandis que la distribution de la longueur de la chaîne a été détectée par électrophorèse glucidique assistée par fluorophore (FACE), deux méthodes utilisées pour évaluer la qualité des méthodes d’extraction. De plus, la stabilité et la fragilité des particules de glycogène α bactérienne ont également été comparées entre les différentes méthodes d’extraction en comparant la distribution granulométrique avant et après traitement avec l’agent chaotrope couramment utilisé, le diméthylsulfoxyde (DMSO). Les procédures détaillées d’extraction du glycogène et de caractérisation structurale sont présentées ci-dessous. En résumé, la méthode SDGU-CW a le meilleur effet global en termes d’intégrité structurelle du glycogène et est donc recommandée pour l’extraction du glycogène bactérien dans les futures études pertinentes.