Déchiffrer le code de la dégradation des protéines
Une nouvelle technologie pour déchiffrer les subtilités du code de dégradation des protéines dans les cellules
L'ubiquitine marque les protéines en vue de leur dégradation, les molécules d'ubiquitine pouvant être combinées en différents types et nombres pour former différentes chaînes. Des chercheurs de l'Institut Max Planck de biochimie (MPIB) ont mis au point la nouvelle technologie UbiREAD pour décoder les différentes combinaisons de molécules d'ubiquitine - le code d'ubiquitine - qui déterminent la manière dont les protéines sont dégradées dans les cellules. En utilisant UbiREAD, les scientifiques marquent les protéines fluorescentes avec des codes d'ubiquitine spécifiques et suivent leur dégradation dans les cellules. L'étude, publiée dans Molecular Cell, a révélé quel code d'ubiquitine peut ou ne peut pas induire la dégradation intracellulaire des protéines. Elle a également montré que la dégradation des protéines dans les cellules est plus rapide que dans les "tubes à essai" et a mis en évidence une hiérarchie moléculaire dans les étiquettes d'ubiquitine les plus complexes.
Les protéines sont les éléments constitutifs de la vie, elles maintiennent la structure et la fonction cellulaires. Cependant, lorsque les protéines sont endommagées, mal repliées ou obsolètes, elles peuvent entraîner toute une série de maladies, de la maladie d'Alzheimer et de Parkinson au cancer et à la dystrophie musculaire. Pour éviter cela, les cellules ont développé un système sophistiqué de marquage des protéines indésirables en vue de leur dégradation à l'aide d'une petite protéine appelée ubiquitine.
Chaînes d'ubiquitine
L'ubiquitine est une étiquette cellulaire qui indique ce qu'il doit advenir de la protéine. Le code ubiquitine peut être une étiquette ubiquitine unique ou plusieurs ubiquitines attachées ensemble. Leo Kiss, premier auteur et post-doctorant dans le département Machines moléculaires et signalisation de Brenda Schulman au MPIB, explique : "Le code de l'ubiquitine est vraiment fascinant en raison de sa complexité : La liaison d'une molécule d'ubiquitine à une autre peut se faire de 8 manières différentes. Ces liaisons peuvent se répéter plusieurs fois, créant ainsi des chaînes de différentes longueurs. Et comme si cela ne suffisait pas, différents types de chaînes peuvent se ramifier à partir de chaînes existantes. Avec autant de possibilités, nous ne comprenons pas encore totalement les informations que ces structures encodent. C'est là qu'intervient notre technologie, UbiREAD, qui agit comme un scanner capable de décoder ce que font ces différentes chaînes d'ubiquitine à l'intérieur des cellules".
Comment analyser le code de l'ubiquitine ?
La complexité du code de l'ubiquitine constitue un défi de taille pour les chercheurs qui étudient la dégradation des protéines. Les diverses combinaisons de types, de longueurs et de formes de chaînes donnent lieu à une vaste gamme de codes qui restent difficiles à déchiffrer. L'un des plus grands obstacles a été l'absence d'une approche systématique pour observer la dégradation des protéines dans les cellules. Les méthodes actuelles ont leurs limites : les approches cellulaires ne peuvent pas créer à la demande des chaînes d'ubiquitine spécifiques dans les cellules, et les méthodes biochimiques ne parviennent souvent pas à reproduire les comportements de dégradation observés dans les cellules. Cela a conduit à des résultats contradictoires entre différentes études.
La technologie UbiREAD
Pour élucider ce code ubiquitine et mieux comprendre la dégradation des protéines, Leo Kiss et Brenda Schulman, en collaboration avec Leo James, chef du groupe de recherche "Host-Pathogen Biology", au MRC Laboratory of Molecular Biology à Cambridge (Royaume-Uni), ont mis au point UbiREAD(UbiquitinatedReporter Evaluation After intracellular Delivery,ouévaluation du rapporteurubiquitinéaprès livraison intracellulaire). Cette nouvelle approche permet d'étudier la dégradation cellulaire des protéines portant un code ubiquitine défini. Les chercheurs marquent une protéine fluorescente avec un code ubiquitine connu. Ils livrent ensuite la protéine fluorescente marquée aux cellules. Sur la base de l'intensité de la fluorescence, qui est en corrélation avec la quantité de protéine, ils peuvent suivre le sort de la protéine : Si elle est encore intacte, la fluorescence demeure, si elle est recyclée, la fluorescence est perdue.
De nouvelles perspectives
En utilisant UbiREAD, les chercheurs ont découvert que la dégradation intracellulaire est plus rapide que la dégradation du même substrat dans un tube à essai avec une machinerie de dégradation purifiée. Il ne faut qu'une minute pour dégrader la moitié de la protéine marquée dans l'environnement cellulaire. En outre, ils ont pu montrer que les protéines marquées par un type spécifique de chaîne d'ubiquitine, appelé K48, sont rapidement dégradées, tandis que les protéines marquées par K63 perdent rapidement leur marque et évitent le recyclage.
Les chercheurs ont également comparé différentes longueurs de chaînes d'ubiquitine. Leo Kiss déclare : "Il est surprenant de constater que trois molécules d'ubiquitine suffisent déjà à recycler efficacement la protéine fluorescente. Toutefois, ce code peut être perdu lorsque ces ubiquitines ne sont pas formées directement sur le substrat, mais sur une autre chaîne d'ubiquitine. Le contexte exact est important".
Brenda Schulman, directrice du MPIB, résume la situation : "Nos résultats soulignent l'importance d'étudier les chaînes d'ubiquitine et leurs fonctions dans leur environnement cellulaire d'origine. Nous avons montré qu'UbiREAD est un outil polyvalent pour analyser la dégradation intracellulaire des protéines conjuguées à divers types de chaînes d'ubiquitine ou de protéines similaires à l'ubiquitine dans différents contextes cellulaires. Dans un avenir proche, nous continuerons à utiliser cette méthode pour mieux comprendre le système complexe de l'ubiquitine".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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