Les cellules du corps humain doivent adapter leur équilibre protéique à certaines situations, comme la disponibilité de fer ou une infection. Ces adaptations se produisent grâce à un processus complexe dans lequel les protéines qui ne sont plus nécessaires ou qui sont toxiques sont marquées pour être détruites en y attachant une petite protéine appelée ubiquitine. Ce marquage d’une protéine pour destruction par marquage à l’ubiquitine est réalisé par des Cullin-RING Ligases, ou « CRL » en abrégé. Par conséquent, les CRL peuvent être considérés comme des « destructeurs » de molécules protéiques spécifiques.
Dans l’ensemble, les CRL constituent le plus grand ensemble de machines de marquage d’ubiquitine, avec plus de 300 membres. Le chercheur Lukas Henneberg explique : « Vous pouvez imaginer que les 300 LCR différents à l’intérieur d’une cellule sont comme une flotte de destroyers, dont chacun serait capable de se verrouiller sur une cible différente. Si une cellule est exposée à une augmentation du fer ou à des agents infectieux, bactéries, les protéines qui augmenteraient encore le fer à des niveaux toxiques ou qui empêcheraient la réponse immunitaire de guérir l’infection doivent être détruites. Ces protéines sont ciblées par les destructeurs de CRL.
Mais on ne sait pas lesquels des 300 CRL différents sont impliqués dans l’adaptation à de nombreuses conditions cellulaires différentes, car jusqu’à présent, il était difficile de détecter quels destroyers spécifiques de la flotte étaient allumés à un moment donné.
La flotte de CRL navigue essentiellement dans la mer qui se trouve à l’intérieur de la cellule, chacun attendant individuellement un signal indiquant qu’il est nécessaire. Lorsque le signal se produit, le CRL nécessaire est temporairement activé par la fixation d’une autre protéine, appelée NEDD8. Dès que l’action destructrice de la CRL n’est plus nécessaire, la CRL est désactivée par suppression de NEDD8.
Les chercheurs des laboratoires de Brenda Schulman, de l’Institut Max Planck (MPI) de biochimie, et de Sachdev Sidhu, de l’Université de Waterloo, ont développé la première d’une méthode en deux étapes pour détecter quels LCR sont attachés à NEDD8 et sont donc activés. . L’étude a été publiée dans Nature Chimique Biologie.
L’équipe a produit un anticorps synthétique reconnaissant les machines moléculaires CRL attachées à NEDD8. Les chercheurs ont déterminé une structure cristalline, essentiellement une photographie moléculaire 3D, montrant comment l’anticorps peut capturer NEDD8 attaché à presque toutes les CRL, uniquement lorsqu’une CRL est activée pour permettre la destruction du marquage des protéines par l’ubiquitine. Ainsi, l’anticorps synthétique est une sonde basée sur l’activité, ou un « radar moléculaire », qui peut détecter quelles CRL sont activées pour marquer leurs protéines cibles en vue de leur destruction.
Les scientifiques des départements de Brenda Schulman et Matthias Mann du MPI de biochimie ont ensuite développé la deuxième étape de la nouvelle méthode pour découvrir lesquels de l’ensemble du parc de LCR sont activés dans des conditions cellulaires normales et lesquels sont activés. s’adapter à l’évolution des besoins cellulaires. Les machines moléculaires CRL liées à l’anticorps, c’est-à-dire les machines actives, ont été retirées des cellules et collectées afin d’utiliser la spectrométrie de masse de pointe pour mesurer quels et combien de CRL étaient actifs dans les cellules à un moment donné. point dans le temps.
Ligases Cullin-RING en médecine pharmaceutique
Dans la présente étude, les auteurs ont pu identifier quelles LCR sont activées en réponse au fer et lesquelles sont activées par des signes cellulaires d’inflammation. Les auteurs ont également étudié les LCR activés pour l’action de médicaments dits « dégradants ». Les médicaments dégradants sont des thérapies qui amènent un CRL à cibler une protéine pathogène pour la détruire. Pour l’instant, des médicaments dégradants sont utilisés pour traiter certains cancers, bien que ce concept soit à l’étude pour d’autres maladies.
La nouvelle méthode a montré que la quantité disponible de certains CRL varie selon les différents types de cellules, ce qui influence l’efficacité des médicaments dégradants. Plus le « destructeur » de CRL est déjà activé dans une cellule, plus rapidement une molécule dégradante peut provoquer l’élimination de la protéine responsable de la maladie.
Les ligases Cullin-RING et notre système immunitaire
Les chercheurs se sont également associés au laboratoire de Peter Murray du MPI de biochimie pour étudier les CRL actifs dans les cellules appelées macrophages. Les macrophages sont des types spécifiques de cellules sur lesquels notre système immunitaire s’appuie pour différentes fonctions de guérison. La comparaison des molécules actives CRL des macrophages spécialisés dans la lutte contre les bactéries avec celles des macrophages spécialisés dans la cicatrisation des plaies a révélé des différences claires qui suggèrent les types d’adaptations nécessaires aux cellules des macrophages pour remplir ces fonctions très différentes.
Les résultats de cette étude offrent un regard sans précédent sur les acteurs impliqués dans les changements dynamiques de notre équilibre protéique et leur implication dans les états physiopathologiques, ce qui pourrait guider l’utilisation des CRL dans le développement de nouvelles thérapies à l’avenir.
Plus d’information:
Lukas T. Henneberg et al, Profilage basé sur l’activité des réseaux cullin – RING E3 par des sondes spécifiques à la conformation, Nature Chimique Biologie (2023). DOI : 10.1038/s41589-023-01392-5