Une équipe de recherche dévoile l’astuce pour faire évoluer le capteur GTP

Une équipe internationale de chercheurs a découvert comment une kinase favorisant la tumeur évolue en une kinase capteur GTP.

Dirigés par des chercheurs de l’Université de Cincinnati et de l’Université de Tokyo au Japon, de l’Organisation de recherche sur les accélérateurs à haute énergie (KEK), de l’Université Keio, de l’Université Rikkyo, de l’Université Hoshi, de l’Université Tokai et de l’Université médicale du Kansai, les résultats ont été publiés le 2 mai dans la revue Structure.

Atsuo Sasaki, Ph.D., l’un des chercheurs principaux de l’équipe de recherche, a déclaré que les résultats fournissent un aperçu critique qui relie les points entre la préférence ATP des kinases, la reconnaissance GTP des protéines G et le mécanisme évolutif de la spécificité des nucléotides et pourrait conduire au développement d’un nouveau médicament anticancéreux qui cible la kinase du capteur GTP PI5P4Kβ en utilisant les informations structurelles découvertes qui lui permettent d’utiliser le GTP au lieu de l’ATP.

« Principalement, les kinases utilisent l’ATP pour phosphoryler et contrôler leurs substrats, et de nombreuses maladies, y compris les cancers, sont causées par la dérégulation des kinases. Être capable de moduler l’activité de la kinase est essentiel pour lutter contre les cancers et de multiples maladies », a déclaré Sasaki, associé professeur au Collège de médecine de l’Université de Cincinnati.

Les kinases sont un type d’enzyme essentiel pour divers processus cellulaires, y compris la transduction du signal, la transcription et le métabolisme. Les protéines kinases, qui représentent la plus grande superfamille composée de plus de 500 gènes dans le génome humain, les phosphoinositides kinases (PI-kinases) et les inositol phosphate kinases (IP-kinases, y compris les inositol kinases) partagent des motifs structurels qui servent à la reconnaissance de l’ATP, suivis de hydrolyse et phosphotransfert vers leurs substrats.

Bien qu’il existe une diversité extraordinaire dans leur structure, leur spécificité de substrat et leurs voies participantes, toutes ces kinases utilisent l’ATP comme donneur de phosphate physiologique. Cependant, comment et pourquoi les kinases possèdent la préférence ATP parmi les autres nucléosides triphosphates restent largement inconnus, a déclaré Sasaki.

« Ainsi, nous avons été surpris lorsque nous avons trouvé la forte préférence GTP de la phosphatidylinositol 5-phosphate 4-kinase β (PI5P4Kβ) », a déclaré Sasaki. « Nos études précédentes montrent que PI5P4Kβ agit comme un capteur GTP intracellulaire et régule la tumorigenèse et les réponses au stress. Mais nous ne savions pas comment cette réactivité particulière au GTP est acquise, à partir de laquelle mon équipe a entrepris d’explorer.

« Pour comprendre le mécanisme de dépendance au GTP, il est essentiel de savoir comment les kinases reconnaissent l’ATP. Nous avons été surpris qu’il n’y ait pas eu d’étude approfondie sur le mécanisme de reconnaissance de l’ATP par les kinases », ajoute Sasaki.

Sasaki a déclaré qu’il existe plus de 600 kinases, y compris des protéines et des phosphoinositides kinases, dont les structures sont résolues sous la forme liée à l’ATP. Cependant, ces données sont déposées individuellement. Indépendamment des efforts considérables visant à cibler les kinases pour le traitement du cancer, le mécanisme précis de la façon dont les kinases reconnaissent l’ATP n’était pas clair.

L’équipe internationale multidisciplinaire a été organisée et a d’abord effectué une comparaison structurelle de 661 kinases et 128 protéines G qui utilisent le GTP, dévoilant un mécanisme commun pour la reconnaissance de l’ATP par les kinases. Ensuite, l’équipe de recherche a étudié le mécanisme de reconnaissance du GTP de PI5P4Kβ par une combinaison d’analyses biochimiques et structurelles utilisant un test d’activité par résonance magnétique nucléaire (RMN) suivi d’une étude structurelle aux rayons X.

De plus, une technologie de pointe appelée le calcul des orbitales moléculaires fragmentées (FMO) a permis à l’équipe d’identifier les résidus d’acides aminés critiques et les interactions protéine-nucléotide qui font de la PI5P4Kβ une kinase réactive au GTP.

Les mutations rétrogrades évolutives qui remontent le temps sur l’évolution du PI5P4Kβ utilisant le GTP à partir de la kinase utilisant l’ATP PI4P5K ont dévoilé deux mutations critiques dans un court tronçon de séquence, que les chercheurs ont nommé le motif d’association efficace de la guanine (GEA), qui doté PI5P4Kβ de l’activité de détection GTP.

« Grâce à notre collaboration interdisciplinaire multinationale et aux plus de cinq années de travail acharné de l’équipe, nous avons pu comprendre comment la règle dogmatique de l’utilisation de l’ATP par la kinase peut être renversée au profit de la préférence GTP dans PI5P4Kβ », a déclaré Sasaki. « Nous sommes ravis de poursuivre nos recherches sur PI5P4Kβ afin de développer des thérapies pour éliminer les cancers qui augmentent la dépendance à cette kinase capteur GTP. »