Petites mais puissantes : de minuscules protéines jouant un rôle important en biologie

Petites mais puissantes : de minuscules protéines jouant un rôle important en biologie

Les scientifiques de Salk découvrent une petite protéine importante pour le ménage cellulaire

LA JOLLA — Nous savons tous combien il est difficile de trouver un objet aussi petit qu'une lentille de contact tombée qui se fond dans le décor. Il est tout aussi difficile pour les biologistes de repérer de minuscules protéines dans le contexte complexe de la cellule. Mais les scientifiques découvrent de plus en plus que ces microprotéines, négligées par les méthodes de détection traditionnelles, jouent également un rôle biologique important.

Grâce à une nouvelle stratégie de détection des microprotéines, les scientifiques de Salk ont découvert une microprotéine humaine impliquée dans l'une des tâches essentielles de la cellule : l'élimination du matériel génétique devenu inutile. Cette nouvelle molécule pourrait permettre de mieux comprendre comment les niveaux de gènes, y compris ceux responsables de maladies, sont contrôlés dans la cellule.

« Malgré tout ce que nous savons sur le génome humain, il existe encore des angles morts dans les algorithmes de découverte du génome », explique Alan Saghatelian, Professeur Salk et l'un des auteurs principaux de l'article qui paraît dans le numéro du 5 décembre 2016 de Nature Biologie chimique« Vous pouvez séquencer l’ensemble du génome humain sans jamais savoir qu’une protéine, comme celle-ci, était là parce qu’elle est trop courte et ne répond pas aux exigences de longueur habituelles pour les algorithmes d’attribution de gènes. »

Dans les cellules, l'ADN d'un gène est transcrit en ARNm, qui pilote ensuite la production de protéines spécifiques. Une fois la protéine nécessaire créée, le code ARN est recyclé pour stopper sa production. Bien que ce processus soit crucial pour la santé des cellules, personne n'avait connaissance d'une microprotéine essentielle à ce processus, appelée NoBody (pour « polypeptide dissociant à corps P non annoté »).

Jiao Ma, chercheur à Saghatelian et Salk, ainsi que Sarah Slavoff, co-auteure principale, et Nadia D'Lima, première auteure, toutes deux de l'Université Yale, ont décidé d'étudier NoBody car sa séquence est conservée tout au long de l'évolution, ce qui suggère qu'il jouait un rôle essentiel en biologie humaine. Leurs expériences ont montré que NoBody interagit avec des protéines impliquées dans le processus de recyclage de l'ARNm, connues pour former des granules à corps P – des amas d'ARNm et de protéines qui effectuent la première étape de leur dégradation. L'équipe a découvert que l'introduction de NoBody dans ces cellules entraînait la disparition de ces granules à corps P et que des modifications des concentrations de NoBody à l'intérieur des cellules pouvaient perturber la voie de recyclage de l'ARN, soulignant ainsi une fonction biochimique de NoBody et une cible potentielle pour de futurs traitements liés au dysfonctionnement de l'ARN.

Selon Saghatelian, si cette molécule a été si longtemps négligée, c'est en partie parce que personne ne connaissait l'existence de NoBody. De plus, personne n'a cherché à identifier les microprotéines, car on ignorait si elles auraient des fonctions importantes. « La découverte de NoBody et de sa fonction dans le recyclage de l'ARNm suggère qu'au moins certaines des centaines d'autres microprotéines que nous avons découvertes pourraient également être fonctionnelles, ce qui est une hypothèse prometteuse », conclut-il.

Slavoff ajoute : « Le fait que NoBody ait été présent dans ce complexe de protéines intensivement étudié pendant tout ce temps, mais qu'il ait complètement échappé à notre attention, montre vraiment combien de microprotéines supplémentaires actuellement inconnues pourraient être associées à des machines cellulaires essentielles. »

Pour contourner les problèmes de détection et identifier les microprotéines potentiellement négligées, les auteurs de l'article ont combiné le séquençage génomique et la spectrométrie de masse des protéines (protéomique) afin de prédire et d'identifier les microprotéines non annotées. L'équipe a commencé par isoler le contenu des cellules de la lignée cellulaire de leucémie myéloïde, couramment étudiée, et a éliminé les protéines les plus grosses pour ne conserver que les plus petites. Ils ont ensuite utilisé une technique de chimie analytique appelée chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse protéomique pour déterminer les séquences d'acides aminés de chaque protéine, y compris les microprotéines, présentes dans l'échantillon.

Pour déterminer les gènes correspondants, l'équipe a utilisé une méthode de calcul maison pour prédire chaque microprotéine possible à partir du contenu total en ARNm d'une cellule myéloïde, séquencé par des techniques génomiques. Cette base de données personnalisée a ensuite été utilisée pour rechercher de nouvelles microprotéines dans leurs données protéomiques, ce qui a conduit à la découverte de plus de 400 microprotéines, dont NoBody.

« Nous prédisons des millions de séquences protéiques théoriques à partir des données génomiques, mais la clé était de déterminer lesquelles de ces séquences prédites sont réelles en utilisant des données de spectrométrie de masse », explique Ma, qui était le responsable de ce projet dans le laboratoire de Saghatelian.

Le groupe pense que NoBody pourrait signaler d'autres microprotéines importantes potentiellement impliquées dans la maladie. Les granules protéiques sont présents dans de nombreux processus biologiques et sont particulièrement pertinents dans les maladies neurologiques, où les protéines s'agglutinent et s'agrègent, comme dans les plaques amyloïdes associées à la maladie d'Alzheimer.

« Bien que NoBody ne soit pas directement impliqué dans la maladie d'Alzheimer ou d'autres maladies, cette découverte suggère que d'autres microprotéines pourraient l'être », ajoute Saghatelian, également titulaire de la chaire Dr Frederik Paulsen. « La recherche et la caractérisation de ces autres microprotéines en biologie et dans les maladies représentent une avancée passionnante en biologie moléculaire. »

Parmi les autres auteurs de l'article figuraient Qian Chu du Salk Institute, Lauren Winkler de Université de Yale, Ken H. Loh du Massachusetts Institute of Technology (MIT), Elizabeth O. Corpuz et Jens Lykke-Anderson du Université de Californie, San Diego, et Bogdan A. Budnik de Université de Harvard.

Le travail a été financé par une bourse postdoctorale de la Fondation George E. Hewitt pour la recherche médicale, NIH, La Fiducie caritative Leona M. et Harry B. Helmsley subvention et chaire Dr Frederik Paulsen/Ferring Pharmaceuticals.