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Partis à la pêche… aux protéines 

23 déc. 2019 | Cancer

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Une équipe de chercheurs montréalais a résolu un mystère de biologie cellulaire vieux de 20 ans en faisant couler des lignes dans des cellules humaines pour en extraire des protéines.

À l'aide d'une nouvelle technique microscopique de " pêche ", les scientifiques de l'Institut de recherches cliniques de Montréal (IRCM) et de l'Université de Montréal ont découvert des milliers d’interactions entre des protéines impliquées dans la formation du squelette cellulaire.
Dirigée par Jean-François Côté, biologiste cellulaire à l'UdeM, l'équipe a lancé 56 "appâts" dans des cellules humaines qu'elle incubait en laboratoire, capturant ainsi plus de 9 000 protéines. Les résultats sont publiés dans la revue Nature Cell Biology.


L'objectif était d'identifier les protéines qui s'attachent aux membres de la famille Rho. Ces protéines sont bien connues dans le monde de la biologie cellulaire depuis la découverte de leur influence dans l’agencement des morceaux du squelette cellulaire – le cytosquelette, au début des années 90.


Chez les humains, les 20 membres de la famille Rho sont dispersés sur la surface interne des membranes cellulaires et agissent comme de petits interrupteurs. Lorsqu'un signal provenant de l'extérieur ou de l'intérieur de la cellule les active, elles stimulent d'autres protéines et force le cytosquelette à ajouter ou à retirer des parties à son architecture.
De toutes ces protéines, seules trois à ce jour ont été étudiées minutieusement par les chercheurs : Cdc42, Rac1 et RhoA. La protéine Cdc42 agit comme un leader et indique aux globules blancs le chemin qu’ils doivent emprunter pour trouver un site d'infection. Rac1, quant à elle, active les moteurs qui font avancer une cellule non musculaire et RhoA stimule la formation de fibres qui permettent aux cellules de se contracter ou de former, en se rassemblant, des tissus résistants qui produisent, par exemple, la paroi d'un vaisseau sanguin. 
Mais que font les autres protéines ? Et avec quelles autres protéines interagissent-elles ? Pour le savoir, Jean-François Coté et son équipe sont partis à pêche pour trouver des réponses.

Protéines à deux têtes

Dans les cellules humaines qui poussent dans les incubateurs de leur laboratoire, ils ont lancé leurs lignes appâtées, forçant ces cellules à produire des protéines à deux têtes, l'une contenant une seule protéine de la famille Rho, et l'autre l’enzyme "biotine ligase". Cette dernière agit comme un tireur d'élite dans la cellule, attirant et marquant chaque protéine qui passe avec l'aide de son partenaire, un membre de la famille Rho. Chaque protéine qui s'approchait de l'appât était donc étiquetée avec de la biotine. Ensuite, M. Côté et son équipe ont dû déchiqueter les cellules pour identifier, une par une, chaque protéine marquée.


En utilisant 28 protéines à deux têtes et en présentant les GTPases - une superfamille d'enzymes qui fonctionnent comme des " interrupteurs moléculaires " impliqués dans la régulation de nombreux processus cellulaires - en configuration active et inactive, l'équipe a détecté un total de 9939 protéines. Certaines étaient déjà connues des scientifiques, y compris les activateurs et les désactivateurs des GTPases. Mais les chercheurs ont également découvert des centaines d’autres protéines individuelles dont le rôle reste à définir.


Ces découvertes constituent le chaînon manquant du processus impliquant Rho identifié au début des années 90. À l'époque, les chercheurs avaient remarqué que la protéine RhoA active indirectement une autre protéine, l'ERM, et stabilise le cytosquelette. Mais ils ne connaissaient pas le mécanisme précis derrière ce processus. Lors de leur "expédition de pêche", l’équipe de Jean-François Côté a trouvé la réponse : ce qui forge le lien entre RhoA et ERM est une protéine appelée SLK.


Dans son étude, l'équipe de l'IRCM s'est également penchée sur d'autres protéines qui, jusqu'à présent, étaient pratiquement inconnues des biologistes, à savoir GARRE et PLEKHG3. Les scientifiques ont démontré que ces protéines se lient naturellement aux formes actives de Rac1 et RhoG, respectivement. Il reste à comprendre la fonction exacte de ces associations. Pour accélérer les découvertes à ce sujet, l'équipe a dévoilé les caractéristiques d'autres molécules qu'elle a " attrapées " dans ses expériences - donnant ainsi de la matière première à des dizaines de laboratoires dans le monde entier.


Les recherches de M. Côté et son équipe ont non seulement permis de défricher tout un secteur de la biologie cellulaire, mais elles ont aussi démontré l'efficacité de leur méthode unique de " pêche ". Jean-François Côté prévoit maintenant utiliser cette approche pour mieux comprendre le fonctionnement d'autres interrupteurs moléculaires, particulièrement ceux de la famille Ras, des protéines qui sont au centre de nombreux types de cancer.

 

À propos de l'étude


Ce projet de recherche a été mené à l'unité de recherche en organisation du cytosquelette et migration cellulaire de l'IRCM par Halil Bagci, Amélie Robert, Jonathan Boulais, Islam Elkholi E., Viviane Tran, Marie-Pier Thibault, Nadia Dubé et Jean-François Côté.  Neera Sriskandarajah et David Hipfner de l'unité de recherche en biologie des cellules épithéliales de l'IRCM ; Denis Faubert de la Plateforme de spectrométrie de masse et de protéomique de l'IRCM ; et Zhen-Yuan Lin et Anne-Claude Gingras du Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, à Toronto, ont aussi collaboré à cette étude.