Compréhension de la fonction des protéines de la famille Ikaros: de la physiologie à la structure – IKAROS

Les facteurs de transcription de la famille Ikaros comprennent 4 protéines à doigts de zinc apparentées (Ikaros, Aiolos, Helios, Eos). Ces facteurs sont surtout exprimés dans les cellules hématopoïétiques, et exercent des fonctions critiques dans la différenciation et la fonction des cellules immunitaires. Ils sont notamment requis pour coordonner l'expression des gènes pendant les différenciations B et T, et sont aussi des suppresseurs de tumeurs dans les hématopathies lymphoïdes. De façon surprenante, ces études ont révélé que les protéines de la famille Ikaros fonctionnent de façon non-redondante dans différents types cellulaires et stades de différenciation. Les mécanismes d'action sous-jacents à cette spécificité demeurent cependant incompris. Plusieurs études ont montré que les protéines Ikaros peuvent agir comme activateurs et répresseurs, via la liaison à un motif commun GGGAA présent dans leurs séquences cibles. D'autres études ont montré que ces protéines peuvent fonctionner comme homo- et hétérodimères, via des mécanismes potentiellement différents qui dépendent au moins en partie de l'environnement chromatinien et de partenaires d'interaction distincts, et incluent le complexe de déacétylation et de remodelage de la chromatine NuRD, le complexe de remodelage SWI-SNF, et le complexe répresseur Polycomb PRC2. Ces scénarios complexes, étudiés dans différents systèmes, sont difficiles à interpréter, et ont souvent conduit à généraliser les conclusions de ces études à la famille Ikaros dans son ensemble. Notre hypothèse est que les protéines de la famille Ikaros ont des spécificités de liaisons à l'ADN et d'interaction protéiques distinctes, et que ces différences sous-tendent leurs différents effets biologiques. Comprendre ces différences est important au niveau fondamental, et parceque cette compréhension pourrait permettre à teme de définir desstratégies pour bloquer ou promouvoir leur activité dans des contextes pathologiques. Dans ce projet, nous proposons d'évaluer la spécificité des membres de la famille Ikaros à 3 niveaux: (1) au niveau physiologique, en analysant une nouvelle fonction de ces protéines dans la réponse aux dommages de l'ADN des cellules souches hématopoïétiques (CSH); (2) au niveau moléculaire, en étudiant leur capacité de régulation de l'expression des gènes, et les profils d'interaction des différents homo et hétérodimères de protéines de la famille avec l'ADN et des partenaires protéiques; et (3) au niveau atomique, en élucidant la structure tridimentionelle d'Ikaros.

De façon spécifique, nous allons:

Objectif 1 - Déterminer le rôle physiologique des protéines de la famille Ikaros dans les CSH
Nous allons étudier la réponse aux dommages de l'ADN des CSHs déficientes pour Helios (Tâche 1), et le mécanisme par lequel Helios régule cette réponse (régulation directe de l'expression des gènes vs coopération avec p53 ou avec le complexe NuRD) (Tâche 2). Nous déterminerons comment Helios diffère d'Ikaros et de Eos dans ces cellules (Tâche 3).

Objectif 2 - Definir la spécificité moléculaire de la famille Ikaros.
Nous générerons de nouveaux systèmes cellulaires pour étudier les fonctions des homo et hétérodimères (Tâche 4). Nous comparerons la capacité des différents homodimères à réguler l'expression des gènes et la différenciation in vitro (Tâche 5). Nous déterminerons le répertoire des gènes cibles des différents homo et hétérodimères (Tâche 6) et identifierons leurs partenaires protéiques (Tâche 7).

Objectif 3 – Elucider la structure de la protéine Ikaros humaine complexée à l'ADN.
Nous éluciderons la structure tridimentionelle de la protéine Ikaros en présence ou absence d'ADN cible (Tâche 8) et prédirons les conséquences de mutations pathologiques sur la fonction de la protéine (Tâche 9).

Ce projet abordera des questions fondamentales concernant la régulation des gènes par les protéines de la famille Ikaros et pourrait à terme avoir des implications médicales dans l'immunité et le cancer.