Caractérisation des substrats non-histone de la lysine méthyltransférase EZH2 à l’aide de couples enzyme-cofacteurs orthogonaux chimiquement modifiés. – AMetHist

Les modifications post-traductionnelles des protéines contribuent de façon majeure à la diversité du protéome. Bien que plusieurs chaines latérales des acides aminés soient modifiées, la lysine est la cible la plus fréquente et elle est sujette à une grande variété de modifications. La méthylation des lysines est étroitement régulée chez l’homme avec plus de 50 enzymes qui contrôlent son transfert et le degré de méthylation (mono, di ou tri –méthylation). Son rôle dans la régulation de la structure de la chromatine a été largement étudié et les liens entre les différents sites de méthylation et l’état transcriptionnel de la chromatine sont bien décrits. En revanche, nos connaissances sur la méthylation de protéines autres que les histones sont encore très limitées.
La plupart des enzymes catalysant cette modification appartiennent à la famille des protéines contenant un domaine SET. Ce domaine de près de 130 acides aminés est responsable du transfert du groupe méthyle du cofacteur SAM (S-adenosyl-L-methionine) au groupe ?-amino du résidu lysine. Le « polycomb repressive complex 2 », PRC2, est composé de quatre protéines. EZH2, sa sous-unité enzymatique, est responsable du transfert de méthyle (di et tri –méthylation) sur la lysine 27 de l’histone H3. Son activité est nécessaire pour la maintenance de la répression transcriptionnelle. En conséquence, modifier son activité interfère avec de nombreux processus biologiques tels que la différentiation, la prolifération cellulaire ou la maintenance de l’identité cellulaire. Des mutations altérant son activité ont été trouvées dans diverses pathologies comme le syndrome de Weaver ou certains cancers.
Alors que les histones ont longtemps été considérées comme le principal substrat de PRC2, plusieurs études ont maintenant montré que PRC2 peut également méthyler des protéines non-histones. La contribution de ces autres substrats potentiels à la fonction de PRC2 reste énigmatique et une analyse complète du méthylome de PRC2 est manquante. Nous proposons de combler ce manque en utilisant des approches innovatrices à l’interface entre la chimie et la biologie pour dresser une liste exhaustive des substrats du complexe PRC2. En pratique, les substrats seront marqués grâce à l’utilisation d’analogues du donneur de méthyle (SAM) pris en charge par une enzyme modifiée. Le groupement ainsi déposé à la place du méthyle pourra ensuite être couplé à d’autres composés chimiques permettant soit la purification par affinité soit la détection par fluorescence de ces modifications. Cette approche nous permettra de détecter spécifiquement les substrats de PRC2, même si une autre enzyme régule également cette modification et même si cette modification est dynamique. Une fois identifiée, nous étudierons le rôle biologique de ces nouvelles modifications.