Mélanie Thomas
Les protéines à courte durée de vie contrôlent l’expression des gènes dans les cellules pour effectuer un specific nombre de tâches vitales, depuis l’aide au cerveau pour établir des connexions jusqu’à l’aide à l’organisme pour mettre en area une défense immunitaire. Ces protéines sont fabriquées dans le noyau et sont rapidement détruites une fois qu’elles ont accompli leur travail.
Malgré leur relevance, le processus par lequel ces protéines sont décomposées et éliminées des cellules une fois qu’elles ne sont plus nécessaires a échappé aux scientifiques pendant des décennies – jusqu’à aujourd’hui.
Dans le cadre d’une collaboration interdépartementale, des chercheurs de la Harvard Clinical Faculty ont identifié une protéine appelée midnoline qui joue un rôle clé dans la dégradation de nombreuses protéines nucléaires à courte durée de vie. L’étude montre que la midnoline y parvient en saisissant directement les protéines et en les aspirant dans le système d’élimination des déchets cellulaires, appelé protéasome, où elles sont détruites.
Les résultats sont publiés le 24 août dans Science.
“Ces protéines particulières à courte durée de vie sont connues depuis additionally de 40 ans, mais personne n’avait établi comment elles étaient réellement dégradées”, a déclaré le co-auteur principal Xin Gu, chercheur en neurobiologie au HMS.
Étant donné que les protéines dégradées par ce processus modulent des gènes ayant des fonctions importantes liées au cerveau, au système immunitaire et au développement, les scientifiques pourraient éventuellement cibler ce processus comme moyen de contrôler les niveaux de protéines afin de modifier ces fonctions et de corriger tout dysfonctionnement.
“Le mécanisme que nous avons trouvé est très simple et assez élégant”, a ajouté le co-auteur principal Christopher Nardone, doctorant en génétique au HMS. “Il s’agit d’une découverte scientifique fondamentale, mais qui a de nombreuses implications pour l’avenir.”
Un mystère moléculaire
Il est bien établi que les cellules peuvent décomposer les protéines en les marquant avec une petite molécule appelée ubiquitine. L’étiquette indique au protéasome que les protéines ne sont as well as nécessaires et les détruit. Une grande partie des recherches pionnières sur ce processus ont été réalisées par feu Fred Goldberg du HMS.
Cependant, il arrive parfois que le protéasome décompose les protéines sans l’aide de marqueurs d’ubiquitine, ce qui amène les chercheurs à soupçonner l’existence d’un autre mécanisme de dégradation des protéines, indépendant de l’ubiquitine.
“Il existe des preuves sporadiques dans la littérature selon lesquelles le protéasome peut dégrader directement des protéines non marquées, mais personne ne comprend remark cela peut se produire”, a déclaré Nardone.
Un groupe de protéines qui semble être dégradé par un mécanisme alternatif est celui des facteurs de transcription induits par des stimuli : des protéines rapidement produites en réponse à des stimuli cellulaires qui se déplacent vers le noyau d’une cellule pour activer des gènes, après quoi elles sont rapidement détruites.
“Ce qui m’a frappé au début, c’est que ces protéines sont extrêmement instables et ont une demi-vie très courte : une fois produites, elles remplissent leur fonction et sont rapidement dégradées par la suite”, a déclaré Gu.
Ces facteurs de transcription soutiennent une série de processus biologiques importants dans le corps, mais même après des décennies de recherche, « le mécanisme de leur renouvellement était en grande partie inconnu », a déclaré Michael Greenberg, professeur Nathan Marsh Pusey de neurobiologie à l’Institut Blavatnik de HMS et co-auteur principal de l’article avec Stephen Elledge, professeur Gregor Mendel de génétique et de médecine au HMS et au Brigham and Women’s Medical center.
D’une poignée à des centaines
Pour étudier ce mécanisme, l’équipe a commencé avec deux facteurs de transcription familiers : Fos, étudié de manière approfondie par le laboratoire Greenberg pour son rôle dans l’apprentissage et la mémoire, et EGR1, impliqué dans la division cellulaire et la survie. À l’aide d’analyses protéiques et génétiques sophistiquées développées dans le laboratoire Elledge, les chercheurs se sont concentrés sur la midnoline en tant que protéine qui aide à décomposer les deux facteurs de transcription. Des expériences de suivi ont révélé qu’en furthermore de Fos et EGR1, la midnoline pourrait également être impliquée dans la dégradation de centaines d’autres facteurs de transcription dans le noyau.
Gu et Nardone se souviennent avoir été choqués et sceptiques quant à leurs résultats. Pour confirmer leurs découvertes, ils ont décidé qu’ils devaient comprendre exactement comment la midnoline cible et dégrade autant de protéines différentes.
“Une fois que nous avons identifié toutes ces protéines, de nombreuses questions déroutantes se sont posées sur le fonctionnement réel du mécanisme de la midnoline”, a déclaré Nardone.
À l’aide d’un outil d’apprentissage automatique appelé AlphaFold qui prédit les constructions des protéines, ainsi que des résultats d’une série d’expériences en laboratoire, l’équipe a pu étoffer les détails du mécanisme. Ils ont établi que la midnoline possède un « domaine Capture » – une région de la protéine qui saisit d’autres protéines et les alimente directement dans le protéasome, où elles sont décomposées. Ce domaine Catch est composé de deux régions distinctes liées par des acides aminés (pensez aux mitaines sur une ficelle) qui saisissent une région relativement non structurée d’une protéine, permettant ainsi à la midnoline de capturer de nombreux forms différents de protéines.
Il convient de noter les protéines comme Fos qui sont responsables de l’activation des gènes qui incitent les neurones du cerveau à se connecter et à se recâbler en réponse à des stimuli. D’autres protéines comme IRF4 activent les gènes qui soutiennent le système immunitaire en garantissant que les cellules peuvent produire des cellules B et T fonctionnelles.
“L’aspect le as well as intéressant de cette étude est que nous comprenons désormais un nouveau mécanisme général indépendant de l’ubiquitination qui dégrade les protéines”, a déclaré Elledge.
Potentiel de traduction alléchant
À court terme, les chercheurs souhaitent approfondir le mécanisme qu’ils ont découvert. Ils prévoient des études structurelles pour mieux comprendre les détails à petite échelle de la manière dont la midnoline capture et dégrade les protéines. Ils fabriquent également des souris dépourvues de midnoline pour comprendre le rôle de la protéine dans différentes cellules et stades de développement.
Les scientifiques affirment que leur découverte présente un potentiel translationnel alléchant. Cela pourrait offrir une voie que les chercheurs pourraient exploiter pour contrôler les niveaux de facteurs de transcription, modulant ainsi l’expression des gènes et, par conséquent, les processus associés dans le corps.
“La dégradation des protéines est un processus critique et sa dérégulation est à l’origine de nombreux problems et maladies”, notamment certaines affections neurologiques et psychiatriques, ainsi que certains cancers, a déclaré Greenberg.
Par exemple, lorsque les cellules contiennent trop ou pas assez de facteurs de transcription tels que Fos, des problèmes d’apprentissage et de mémoire peuvent survenir. Dans le myélome a number of, les cellules cancéreuses deviennent dépendantes de la protéine immunitaire IRF4, sa présence pouvant donc alimenter la maladie. Les chercheurs sont particulièrement intéressés à identifier les maladies qui pourraient être de bons candidats pour le développement de thérapies fonctionnant par la voie midnoline-protéasome.
“L’un des domaines que nous explorons activement est de savoir comment régler la spécificité du mécanisme afin qu’il puisse spécifiquement dégrader les protéines d’intérêt”, a déclaré Gu.
Le financement a été fourni par une bourse de la National Mah Jongg League de la Damon Runyon Cancer Exploration Foundation, une bourse de recherche supérieure de la National Science Foundation et les Nationwide Institutes of Well being (T32 HG002295 R01 NS115965 AG11085).
Elledge est l’un des fondateurs de TScan Therapeutics, Maze Therapeutics, ImmuneID et Mirimus, siège aux conseils consultatifs scientifiques de Homology Medicines, ImmuneID, Maze Therapeutics, X-Chem et TScan Therapeutics, et est conseiller pour MPM Money.
