Etude de la plasticité physique et fonctionnelle des protéasomes. – PLASTIZOME

Dans ce projet, nous nous proposons d’identifier et caractériser les partenaires physiques et fonctionnels du protéasome (PROTEA-ZOME) par une approche multi-technique basée sur des cribles à grande échelle chez la levure S. cerevisiae. Nous déterminerons ensuite s’ils sont fonctionnellement conservés dans les cellules de Mammifères, profitant du fait qu’au sein de notre équipe les deux modèles sont utilisés. Nous associons ainsi la puissance de la génétique moléculaire et les méthodes d’analyses globales chez la levure à la transposition dans des systèmes plus complexes directement pertinents dans la recherche contre le cancer.

Socialement, un chaperon est un accompagnateur qui guide la personne chaperonnée avec l’intention spécifique d’empêcher des comportements ou des interactions sociales inappropriés. Une définition qui peut aussi s’appliquer aux chaperons moléculaires… Un chaperon moléculaire désigne une protéine qui aide à la formation d’une autre protéine ou à l’assemblage de complexes macromoléculaires, sans être associée au produit final dont elle promeut la formation ou l’assemblage. Les complexes macromoléculaires tels que le protéasome des cellules eucaryotes comportent plusieurs dizaines de polypeptides associés entre eux de manière coordonnée. Nous avons montré comment un de ces chaperons contrôle la formation d’un complexe harmonieux dans lequel chaque voisin trouve sa voisine. Ce facteur régule donc l’activité de la nanomachine de dégradation des protéines qu’est le protéasome. En combinant des approches fonctionnelles et structurales, notre étude a permis de mettre en évidence différents aspects du mode d’action d’un facteur d’assemblage du protéasome.

Les chaperons d’assemblage qui participent à la biogenèse de multiples machineries moléculaires pourraient représenter des cibles intéressantes pour inhiber le fonctionnement des nanomachines dont elles promeuvent l’assemblage. Or les inhibiteurs de protéasome sont utilisés en thérapie anticancéreuse en particulier pour traiter les myélomes multiples. Les chaperons d’assemblage pourraient être des cibles intéressantes car les cellules cancéreuses qui prolifèrent davantage que les cellules normales ont un besoin accru de formation du protéasome pour survivre. En ciblant à la fois l’activité du protéasome et sa formation, on pourrait améliorer l’efficacité et la sélectivité du traitement. Nos données qui décrivent à l’échelle atomique l’association entre le chaperon d’assemblage et le protéasome apporte des bases rationnelles à la conception d’inhibiteurs.

Notre étude illustre les multiples propriétés et modes d’action des chaperons d’assemblage qui participent à la biogenèse de multiples machineries moléculaires et qui pourraient représenter des cibles intéressantes pour inhiber le fonctionnement des nanomachines dont elles promeuvent l’assemblage.
Barrault MB, Richet N, Godard C, Murciano B, Le Tallec B, Rousseau E, Legrand P, Charbonnier JB, Le Du MH, Guérois R, Ochsenbein F, Peyroche A . (2012) Dual functions of the Hsm3 protein in chaperoning and scaffolding regulatory particle subunits during the proteasome assembly. Proc Natl Acad Sci U S A. Apr 24;109(17):E1001-10. Epub 2012 Mar 29.

Le protéasome est une protéase multimérique composée de différents sous-complexes obtenus par l'assemblage ordonné de plusieurs dizaines de polypeptides. Il est présent dans toutes les cellules eucaryotes. Cette enzyme est l'unité catalytique du système ubiquitine/protéasome, dont l'activité, à la fois nucléaire et cytoplasmique, est cruciale pour une large variété de processus cellulaires fondamentaux (régulation du cycle cellulaire, dégradation des protéines oxydées ou mal repliées, transduction du signal en réponse au stress, réponse immunitaire…..). Il reste encore probablement à découvrir des processus cellulaires dans lesquels le protéasome est impliqué ainsi qu’à élucider les mécanismes moléculaires par lesquels il intervient dans ces processus. Des études récentes ont montré que de nombreuses et diverses protéines y associées et que cette association du protéasome à différents partenaires oriente les fonctions auxquelles il participe et peut moduler son activité. Son activité est également modulée notamment par i)son niveau d’expression ii) les modifications post-traductionnelles des différentes sous-unités qui le composent iii) l’efficacité d’assemblage des différents polypeptides dont il est compose iv)la dissociation de certaines sous-unités ou sous-complexes le composant.
Un niveau élevé de l’activité du protéasome semble associé à la tumorigenèse. De façon intéressante certaines cellules transformées sont plus sensibles à l’inhibition du protéasome que les cellules non malignes. Les inhibiteurs du protéasome sont utilisés dans le traitement de certains cancers. Il est donc important d’identifier les facteurs influençant le niveau d’expression et l’activité du protéasome et d’explorer les fonctions auxquelles il participe dans différentes conditions physiologiques.
En utilisant une approche génétique chez la levure S. cerevisiae, nous avons récemment identifié plusieurs facteurs d’assemblage du protéasome (Le Tallec et al, Mol Cell 2007 ; Mol Cell 2009). Nous avons montré que l’inactivation des protéines chaperons et de façon plus générale que la diminution de l’activité du protéasome entraîne une hyper-résistance des cellules à certains stress génotoxiques tels que le 4NQO (un agent alkylant carcinogène). Ce nouveau phénotype est un outil extrêmement sensible pour détecter des perturbations fonctionnelles du protéasome. Enfin, il est probable que les protéasomes régulent spécifiquement certaines fonctions et que les protéasomes soient eux-mêmes régulés dans certaines conditions physiologiques (phase de quiescence par exemple) ou de stress (réponses aux agents oxydants ou aux agents génotoxiques).
Dans ce projet, nous nous proposons d’identifier et d’étudier par des approches multiples, les partenaires physiques et fonctionnels du protéasome en utilisant l’organisme modèle S. cerevisiae et de déterminer s’ils sont fonctionnellement conservés dans les cellules de Mammifères, profitant du fait qu’au sein de notre équipe les deux modèles sont utilisés. Nous associons ainsi la puissance de la génétique moléculaire et les méthodes d’analyses globales chez la levure à la transposition dans des systèmes plus complexes directement pertinents dans la recherche contre le cancer.