Leloir, Luis Federico

( b. Paris, France, 6 septembre 1906; d. Buenos Aires, Argentine, 2 décembre 1987),

biochimie, sucres nucléotidiques, synthèse d’oligo et de polysaccharides.

Leloir a reçu le prix Nobel de chimie en 1970 pour sa découverte des sucres nucléotidiques et du rôle de ces composés dans l’interconversion des monosaccharides et comme précurseurs dans la synthèse des oligo- et des polysaccharides. Ses nombreuses contributions à la biochimie comprennent également la première description de l’oxydation des acides gras dans un système sans cellules, de l’angiotensinogène et de sa conversion en angiotensine lors de l’incubation avec la rennine, et le rôle des saccharides liés aux lipides comme intermédiaires dans la glycosylation des protéines.

Formation médicale et biochimique. Luis F. Leloir est né à Paris, en France. Ses parents argentins s’étaient rendus dans la capitale française pour chercher un traitement médical pour le père, un avocat qui n’a jamais exercé son métier. Deux ans plus tard, sa mère (son père meurt avant la naissance de Leloir) l’emmène à Buenos Aires. Il étudie la médecine à l’Université de Buenos Aires et devient médecin en 1932. De 1932 à 1934, il est interniste à l’Hôpital universitaire tout en effectuant les travaux expérimentaux de sa thèse de doctorat sous la direction de Bernardo A. Houssay. Houssay était directeur de l’Institut de physiologie de l’Université de Buenos Aires et avait réalisé des études remarquables sur le rôle de l’hypophyse sur le métabolisme des glucides pour lesquelles il a reçu le Prix Nobel de Physiologie ou Médecine en 1947. La thèse de Leloir, « La glande surrénale et les glucides », a reçu le prix de l’École de médecine de 1934 pour la meilleure thèse. En 1935, Leloir est allé au Laboratoire biochimique de Sir Frederick Gowland Hopkins à l’Université de Cambridge pour une formation postdoctorale en biochimie. Au Royaume-Uni, Leloir s’est familiarisé avec les techniques biochimiques actuelles.

Oxydation et hypertension des acides gras. De retour à Buenos Aires, Leloir reprend ses travaux à l’Institut de physiologie et s’attaque à deux projets (oxydation des acides gras et hypertension) dans les années 1937 à 1942. Avec Juan M. Muñoz, il a étudié le métabolisme de l’éthanol et des acides gras. Dans une série d’articles, ils ont rapporté qu’une fraction particulaire obtenue à partir d’homogénéats hépatiques, si elle est complétée par un acide tétracarbonique dicarboxylique, un cytochrome C et un adénosine monophosphate, était capable de supporter l’oxydation des acides gras. C’était une contribution remarquable, car jusqu’alors on pensait que le processus nécessitait l’intégrité cellulaire. L’absence de centrifugeuse réfrigérée a failli compromettre la préparation réussie de la fraction particulaire, mais le savoir-faire de Leloir, l’une de ses forces, a fourni une solution ingénieuse et économique à l’obstacle en enroulant plusieurs chambres à air de voiture remplies de mélange de congélation autour d’une vieille centrifugeuse entraînée par poulie. Son ingéniosité pratique était extrêmement utile dans un pays comme l’Argentine, où les fonds de recherche étaient souvent rares.

Le deuxième problème abordé par Leloir au cours de ces années était celui de l’hypertension rénale maligne. Son étude a été menée en collaboration avec Muñoz, Eduardo Braun Menendez et Juan C. Fasciolo. On savait alors que la constriction de l’artère rénale des chiens entraînait une hypertension permanente. Fasciolo a ensuite montré qu’une augmentation de la pression artérielle résultait également de la greffe d’un rein rétréci chez un chien normal, indiquant ainsi que l’effet était dû à une substance que le rein traité sécrétait dans le sang. Une première découverte du groupe était qu’un extrait aqueux d’acétone d’un rein rétréci était capable de produire une augmentation transitoire de la pression artérielle. La substance aqueuse soluble dans l’acétone était différente de la rénine, une substance pressurisante déjà connue qui pouvait également être extraite des reins. Leloir et ses collègues ont alors découvert que l’incubation de la rénine (une protéase) avec du plasma sanguin (qui contenait ce qu’on appelle maintenant l’angiotensinogène) produisait la substance pressrice soluble dans l’acétone aqueuse (maintenant appelée angiotensine). La connaissance de Leloir en biochimie a été fondamentale dans ces résultats.

Sucres nucléotidiques. L’Argentine a connu un coup d’État militaire en Argentine en 1943. Peu de temps après, Houssay, avec de nombreuses autres personnalités importantes, a envoyé une lettre publique aux autorités exigeant un retour à « la normalité constitutionnelle, une démocratie efficace et la solidarité américaine. »La « solidarité américaine » était un euphémisme pour se ranger du côté de l’Argentine aux côtés des Alliés pendant la Seconde Guerre mondiale.Le nouveau gouvernement, qui avait une certaine sympathie pour l’Axe, a réagi en licenciant tous les signataires qui étaient des employés publics. Houssay, en tant que professeur d’université, est entré dans cette catégorie. Son licenciement a été suivi de la démission de la plupart des membres du personnel scientifique de l’Institut de physiologie,

Leloir parmi eux, en solidarité avec Houssay. Leloir a ensuite voyagé aux États-Unis, où il a d’abord travaillé avec Ed Hunter sur la formation de l’acide citrique au laboratoire de Carl et Gerty Coris à l’Université de Washington à St. Louis, puis avec David Green (avec qui il avait déjà travaillé à Cambridge) à l’Université Columbia à New York sur la séparation des aminotransférases. En 1943, Leloir épouse Amelia Zuberbuhler. Les résultats de ce mariage heureux étaient une fille et neuf petits-enfants.

De retour en Argentine, Leloir s’affilie en 1945 à l’Institut de Biologie et de Médecine Expérimentales, récemment inauguré à Buenos Aires pour accueillir Houssay et la plupart des anciens membres de l’Institut de Physiologie. Leloir commence alors à recruter des collaborateurs, dont le premier est Ranwel Caputto, un médecin qui, comme Leloir, a suivi une formation postdoctorale en biochimie avec Malcolm Dixon à l’Université de Cambridge. Raúl Trucco, un microbiologiste, a ensuite été invité, car l’intention était d’étudier l’oxydation des acides gras chez les bactéries. Carlos Cardini et Alejandro Paladini ont rapidement rejoint le groupe. A cette époque, Jaime Campomar, un industriel du textile, avait décidé de financer une nouvelle institution dédiée à la recherche biochimique et avait approché Houssay pour obtenir des conseils sur le choix de son directeur. Houssay a rapidement suggéré Leloir pour le poste, et ce dernier devait être le directeur de l’Instituto de Investigaciones Bioquímicas Fundación Campomar (Institut de Recherche Biochimique Fondation Campomar; maintenant appelé la Fundación Instituto Leloir) pour le reste de sa vie. L’institut a été inauguré en novembre 1947 dans une petite maison d’un étage assez ancienne qui jouxtait l’institut dirigé par Houssay. La figure 1 représente le groupe de recherche initial sur le patio central de l’institut.

Parce que les expériences sur l’oxydation des acides gras ont produit des résultats douteux, le groupe a décidé de réorienter ses efforts vers l’étude de la synthèse du lactose (un disaccharide composé de galactose plus glucose, Gal et Glc, respectivement). Caputto a affirmé qu’au cours de son travail de thèse, il avait été capable de synthétiser le disaccharide en incubant du glycogène (voir ci-dessous) avec un extrait de glande mammaire. Comme ces résultats ne pouvaient pas être répétés, Leloir a suggéré d’étudier plutôt la dégradation du lactose, car ce processus pourrait

fournir des informations sur la voie de synthèse. Cette prédiction s’est avérée correcte. Avec le recul, on peut supposer que ce que Caputto avait observé était probablement la formation de maltose (un autre disaccharide mais contenant deux glucoses) par dégradation amylolytique du polysaccharide. L’identification des disaccharides était alors basée sur des méthodes peu fiables, car la morphologie des cristaux de dérivés se formait lors de la réaction avec la phénylhydrazine (osazones).

Pour les recherches prévues, le groupe a décidé d’utiliser un extrait sans cellules dérivé d’une levure (Saccharomyces fragilis) adaptée pour se développer sur du lactose comme source de carbone. Les scientifiques ont d’abord détecté une lactase qui a dégradé le disaccharide en ses constituants monosaccharidiques, puis une galactokinase qui a phosphorylé le galactose en galactose 1-phosphate (Gal 1-P). La conversion du dernier composé en glucose 6-P (Glc 6-P) a nécessité deux facteurs thermostables inconnus: le glucose 1,6 diphosphate (Glc 1,6 diP) pour la conversion du glucose 1-P (Glc 1-P) en Glc 6-P, et l’uridine diphosphate glucose (UDP-Glc) pour la conversion du Gal 1-P en Glc 1-P. Déterminer la structure de l’UDP-Glc a été un véritable tour de force, compte tenu des quantités minimales de réactifs et d’équipements disponibles. Ils ont déterminé que le composé avait un résidu Glc pour deux phosphates et qu’il absorbait dans la lumière ultraviolette, mais que le spectre d’absorption était celui d’une substance inconnue (seuls les spectres des composés contenant de l’adénosine étaient connus à cette époque). Un jour, Caputto est venu à l’institut dans un état excité, portant le dernier numéro du Journal of Biological Chemistry décrivant dans l’un des articles le spectre de l’uridine, qui coïncidait avec celui de la nouvelle substance. La figure 2 est un dessin animé dessiné par Leloir montrant l’humeur du groupe avant de résoudre la structure de UDP-Glc.

La Voie dite de Leloir peut alors être représentée comme:

Gal + ATP → Gal 1-P + ADP

Gal 1-P + UDP-Glc → UDP-Gal + Glc 1-P

UDP-Gal ← UDP-Glc

Glc 1-P → Glc 6 – P

où UDP-Gal signifie uridine diphosphate galactose.

UDP-Glc a été le premier sucre nucléotidique à être décrit, et la voie montre le premier rôle de ces nouveaux composés, celui d’être impliqué dans l’interconversion des monosaccharides. Dans le cas décrit ci-dessus, la conversion de l’UDP-Gal en UDP-Glc a nécessité le NAD (nicotinamide adénine dinucléotide) car l’inversion du groupe OH en C4 se fait par une réaction d’oxydoréduction. De plus, la description de la voie a fourni une explication complète de la galactosémie, une maladie congénitale humaine caractérisée par l’incapacité de métaboliser le galactose. La plupart des patients sont déficients en l’enzyme impliquée dans la deuxième réaction décrite ci-dessus, alors que dans une forme plus douce de la maladie, la galactokinase est l’enzyme déficiente.

Tel que rapporté également par Leloir et ses collaborateurs, la voie générale de la synthèse du sucre nucléotidique peut être représentée comme suit:

NTP + monosaccharide 1-P → NDP-monosaccharide + PP

où NTP représente les triphosphates nucléosidiques (ATP, UTP, GTP et CTP) et PP pour le pyrophosphate. Parmi la centaine de sucres nucléotidiques actuellement connus, plusieurs d’entre eux (GDP-Man, UDP-GlcNAc, UDP-GalNAc et ADP-Glc) ont été décrits pour la première fois par Leloir et ses collègues.

La question de savoir si l’UDP-Glc avait un rôle supplémentaire à côté de celui d’être impliqué dans l’interconversion monosaccha-ride a été soulevée car l’UDP-Glc a également été détectée chez des souches de levure incapables d’utiliser le galactose pour la croissance. La méthode utilisée ensuite pour la quantification UDP-Glc (accélération de la transformation Gal 1-P en Glc 1-P) a mis en évidence un deuxième rôle des sucres nucléotidiques, celui d’être des intermédiaires dans les réactions de transfert de monosaccharides. La disparition de l’UDP-Glc incubée avec un extrait de levure s’est déroulée à un taux plus élevé en présence de Glc 6-P ajouté. Cet effet a été rapidement retracé par Leloir et un nouveau collaborateur, Enrico Cabib, à la formation du treahalose 6-P. (le tréhalose est un disaccharide composé de deux glucoses, différents du maltose.) La réaction peut alors être décrite comme:

UDP-Glc + glucose 6-P → tréhalose 6-P + UDP

De même, peu après Leloir a décrit la synthèse du saccharose 6-P (le saccharose est un nom sophistiqué pour notre sucre quotidien, composé de deux monosaccharides, Glc et fructose), en utilisant des extraits de germe de blé:

UDP-Glc + fructose 6 – P → saccharose 6-P + UDP.

Curieusement, la synthèse du lactose, qui était le premier objectif du projet, n’a pas été décrite par Leloir et ses collègues mais en 1961 par Winifred M. Watkins et W. Z. Hassid, travaillant avec des extraits de glandes mammaires (« La Synthèse du Lactose par des Préparations Enzymatiques Particulaires à partir de Glandes Mammaires de Cobaye et de Bovin »). Il se déroule comme suit:

UDP-Gal + Glc → lactose + UDP

Le glycogène est un polysaccharide de réserve constitué de nombreuses unités de glucose présentes dans une variété d’organismes, des bactéries aux mammifères. Les plantes ont, en outre, un autre polysaccharide (amidon) structurellement étroitement lié au glycogène. À la fin des années 1930 et au début des années 1940, Carl et Gerty Cori, dans une série d’articles, ont décrit l’incubation de Glc 1-P avec un extrait de cellules de mammifères aboutissant à la synthèse du glycogène selon la réaction (réversible) suivante:

Glc 1-P + (Glc) n ← (Glc) n + 1 + P

où (Glc) n signifie glycogène contenant n molécules de Glc. L’enzyme participante (glycogène phosphorylase) est cristallisée. Pendant de nombreuses années, cela a été considéré comme la voie de la synthèse du glycogène, bien que certains rapports contradictoires soient rapidement apparus. Par exemple, l’application d’adrénaline aux animaux, qui a entraîné l’activation de la phosphorylase, a conduit à la dégradation du glycogène, et non à la synthèse du glycogène. De plus, les niveaux de P dans les tissus vivants suggèrent que l’équilibre a été déplacé de droite à gauche dans l’équation ci-dessus. En 1957, Leloir et Cardini ont rapporté dans « Biosynthesis of Glycogen from Uridine Diphosphate Glucose » que l’incubation de l’UDP-Glc avec un extrait de cellules de mammifères a abouti à la synthèse du glycogène. La réaction de synthèse est alors :

UDP-Glc + (Glc) n → (Glc) n + 1 + UDP.

L’activité de l’enzyme impliquée (glycogène synthétase) s’est avérée très régulée pour permettre l’accumulation du polymère en période d’abondance et sa dégradation en période de besoin.

Temps de changement: 1958-1970. Jaime Campomar est décédé en 1956, et comme ses héritiers ont décidé de cesser de financer l’institut, Leloir a presque décidé de le fermer définitivement. Heureusement, cependant, une série d’événements ont contribué à dissuader Leloir de prendre une décision aussi radicale. Tout d’abord, Leloir a demandé et reçu une généreuse subvention des National Institutes of Health aux États-Unis. Deuxièmement, le gouvernement du général Juan Peron, qui n’était pas favorable à l’enseignement supérieur et à la recherche, a été déposé en 1955. Le nouveau gouvernement rétablit l’autonomie des universités publiques et crée le Conseil national de recherches, une institution qui fournit des fonds pour la recherche et des postes à temps plein. Houssay en devient le premier président et occupe ce poste jusqu’à sa mort en 1971. Le bâtiment qui abritait l’institut Leloir était presque complètement délabré. (Il avait construit de ses propres mains une série de canaux intérieurs pour empêcher les fuites d’eau de pluie d’endommager les journaux et les livres de la bibliothèque.) Le gouvernement post-péroniste, cependant, offrit à Leloir un bâtiment beaucoup plus grand (une ancienne école de religieuses), et lui et Houssay y installèrent leurs instituts. En outre, une association fructueuse entre l’Instituto de Investigaciones Bioquímicas Fundación Campomar de Leloir et la Faculté des Sciences de l’Université de Buenos Aires a été initiée en 1958. Leloir a été nommé professeur-chercheur à la Faculté des sciences de l’Université.

Leloir a consacré les premières années dans le nouveau bâtiment à l’étude de la régulation de la glycogène synthétase par les métabolites (principalement par la Glc 6-P) et par interconversion entre formes actives et inactives déclenchées par phosphorylation et déphosphorylation. Il a également déterminé que le précurseur dans la synthèse de l’amidon n’était pas UDP-Glc mais un nouveau sucre nucléotidique, l’adénosine diphosphate glucose (ADP-Glc). Comme l’UDP-Glc a montré une mauvaise incorporation du glucose dans le polysaccharide dans des dosages sans cellules, il a essayé plusieurs sucres nucléotidiques synthétiques et a constaté que l’ADP-Glc était de loin le meilleur précurseur. Il a ensuite isolé le composé à partir de sources naturelles (maïs sucré). Un autre problème qui a attiré l’attention de Leloir était la synthèse du glycogène (particulaire) de haut poids moléculaire. Il a constaté que le polysaccharide synthétisé dans le tube à essai soit par la glycogène phosphorylase de Glc 1-P, soit par la glycogène synthétase d’UDP-Glc était décomposé de manière différentielle par une série de traitements physiques et chimiques. Le fait que le polysaccharide formé par la synthétase à partir de l’UDP-Glc dans le tube à essai présente des caractéristiques de décomposition identiques à celles des molécules natives est une démonstration définitive que l’UDP-Glc est le véritable précurseur du glycogène in vivo.

Le Prix Nobel et après. Le 20 octobre 1970, l’Académie suédoise des Sciences a annoncé l’attribution du Prix Nobel de chimie à Luis F. Leloir pour sa découverte des nucléotides de sucre et de leur rôle dans la biosynthèse des glucides. À ce moment-là, il avait déjà commencé ce qui allait être sa dernière grande contribution à la biochimie.

Phillips Robbins au Massachusetts Institute of Technology et Jack Strominger à l’Université Harvard avaient, au milieu des années 1960, déterminé que les mono- et oligosaccharides liés aux lipides se comportaient comme des intermédiaires biosynthétiques entre les sucres nucléotidiques et plusieurs composants polysaccharidiques de la paroi cellulaire bactérienne. La fraction lipidique a été identifiée comme un phosphate de polyprénol (undécaprénol). Leloir a ensuite décrit comment l’incubation de membranes hépatiques de rat avec UDP-Glc a entraîné la formation de dolichol-P-Glc, le dolichol étant un polyprénol contenant 20 à 21 unités d’isoprène dans les cellules de mammifères. Une incubation ultérieure du dolichol-P-Glc a conduit au transfert du monosaccharide vers un composé provisoirement identifié comme étant le dolichol-P-P-oligosaccharide (montré plus tard comme étant GlcNAc2 Man9 Glc3). Une incubation ultérieure de ce dernier dérivé lipidique avec les membranes a entraîné le transfert de l’oligosaccharide entier vers les protéines. Leloir a ainsi établi la base de la voie menant à la synthèse des glycoprotéines dans les cellules eucaryotes et a également fourni les premières preuves indiquant que l’oligosaccharide lié aux protéines était traité (c’est-à-dire que les monosaccharides en étaient à la fois retirés et ajoutés).

En 1978, le maire de la ville de Buenos Aires a fait don d’un terrain et a formé et présidé un comité chargé de collecter des fonds pour la construction d’un nouveau bâtiment. À la fin, des montants égaux de fonds publics et privés ont été reçus. Le déménagement dans les nouveaux locaux a eu lieu en décembre 1983. Leloir devait continuer à y faire des recherches pendant quatre ans.

Leloir l’Homme. Leloir appartenait à une vieille et riche famille argentine, une circonstance qui lui permettait de consacrer pleinement son temps à la recherche fondamentale alors que le financement de telles activités était presque inexistant dans le pays. Il couvrait personnellement les fonds de la plupart des abonnements aux revues scientifiques reçus à la bibliothèque de l’Institut et faisait entièrement don de son salaire de professeur de recherche de l’Université de Buenos Aires à l’Institut. Leloir avait une personnalité discrète; il a évité l’exposition publique et a fait preuve d’un sens de l’humour extrêmement subtil et exquis. Leloir était un travailleur acharné qui, jusqu’à quelques années avant de mourir, avait continué à travailler au banc. La recherche était pour lui le meilleur des passe-temps. (Il n’a jamais eu de bureau privé, recevant plutôt des visiteurs et faisant de la paperasse de l’institut au laboratoire.) Il était extrêmement courtois et traitait tout le monde, indépendamment de sa position sociale, de la même manière sans prétention. Il avait une personnalité calme et ne montrait un certain inconfort que lorsque quelqu’un se comportait grossièrement ou faisait preuve de mauvaises manières. La personnalité de Leloir a grandement contribué au plaisir substantiel de travailler dans son groupe ou son institut.

BIBLIOGRAPHIE

OUVRAGES DE LELOIR

Avec Carlos E. Cardini. « Biosynthèse du glycogène à partir de l’Uridine Diphosphate Glucose. »Journal of the American Chemical Society 79 (1957): 6340-6341.

« Deux décennies de recherche sur la biosynthèse des Saccharides. »Science 172 (25 juin 1971): 1299-1303. Le texte de la conférence Nobel de Leloir.

 » Biosynthèse des polysaccharides Vue de Buenos Aires. »In Biochemistry of the Glycosidic Linkage, édité par Romano Piras et Horacio G. Pontis. New York : Academic Press, 1972.

« Loin et il y a longtemps. »Annual Review of Biochemistry 52 (1983): 1-15.

AUTRES SOURCES

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Cori, Carl F.; Gerty T. Cori; et Albert H. Hegnauer. « Resynthèse du glycogène musculaire à partir de l’Hexosémonophosphate. »Journal de chimie biologique 120 (1937): 193-202.

Cori, Gerty T.; Carl F. Cori; et Gerhard Schmidt. « Le rôle du Glucose-1-Phosphate dans la Formation de la glycémie et la Synthèse du glycogène dans le foie. »The Journal of Biological Chemistry 129 (1939): 629-639.

Cori, Gerty T., et Carl F. Cori. « Phosphorylase musculaire cristalline: IV. Formation de glycogène. »Journal de chimie biologique 151 (1943): 57-63.

Kresge, Nicole; Robert D. Simoni; et Robert L. Hill.  » Luis F. Leloir et la biosynthèse des Saccharides. »Journal of Biological Chemistry 280 (13 mai 2005): 158-160.

Myrbäck, Karl. « Discours de présentation du Prix Nobel de Chimie 1970. » Dans Les Prix Nobel en 1970, sous la direction de Wilhelm Odelberg. Stockholm, Suède : Fondation Nobel, 1971.

Parodi, Armando J. « Leloir, su Vida y su Ciencia. »Ciencia Hoy 16 (août-septembre 2006): 23-30.

Watkins, Winifred M. et William Z. Hassid. « La Synthèse du Lactose par des Préparations Enzymatiques particulaires à partir de Glandes Mammaires de Cobaye et de Bovin. »Journal de chimie biologique 237 (1962): 1432-1440.

Armando J. Parodi