Méthylation des microtubules par les méthyltransférases à domaine SET – MICROMETHYL

L’hétérodimère alpha-béta de tubuline est la protéine constitutive des microtubules. L’hydrolyse de la molécule de GTP liée à la sous-unité béta qui accompagne l’assemblage rend les microtubules intrinsèquement dynamiques. Cette dynamique est régulée dans la cellule par différentes familles de protéines, qui vont pour l’essentiel stabiliser ou déstabiliser les microtubules. Un autre niveau de régulation vient de l’hétérogénéité des molécules de tubuline, qui est due à l’expression de différentes isoformes et à des modifications post-traductionnelles. Par analogie avec le code épigénétique des histones, l’ensemble de ces variations est regroupé sous le terme de « code tubuline ». Le projet MICROMETHYL a pour objectif la caractérisation d’un type de modifications de la tubuline découvert récemment, la méthylation de résidus lysine.

Les modifications post-traductionnelles des macromolécules font appel à trois types d’acteurs. Les enzymes « writers » et « erasers » vont introduire ou enlever des modifications chimiques, qui, en aval, seront reconnues par les protéines « readers ». Chez la tubuline, la partie C-terminale flexible de ses deux sous-unités, longue de 15 résidus environ, concentre de nombreuses modifications post-traductionnelles, certaines étant spécifiques de cette protéine. Par comparaison, la méthylation est une modification plus répandue chez les macromolécules et va concerner des lysines de la partie structurée de la tubuline. La tubuline est ainsi le substrat de trois méthyltransférases aÌ domaine SET qui ciblent la sous-unité alpha. C’est le cas de SETD2 qui va méthyler la lysine 40, une modification qui sera reconnue par la protéine « reader » PBRM1. C’est le cas également de SET8 et son cofacteur, le facteur de transcription LSF, qui modifient la lysine 311, et de SMYD2 qui cible la lysine 394. Ces trois méthyltransférases sont connues pour modifier également les histones, soulevant l’hypothèse d’une connexion entre l’épigénome et le cytosquelette.

Dans ce cadre général, le projet MICROMETHYL a pour objectifs de caractériser le mécanisme catalytique de méthylation de la tubuline, les conséquences de ces modifications sur la dynamique des microtubules, et leur fonction au sein de la cellule. Pour atteindre ces différentes objectifs, nous développerons des approches d’enzymologie et de biologie structurale, associées à des expériences de biologie cellulaire et d’assemblage des microtubules suivi par turbidimétrie et par microscopie de type TIRF. Même si le projet MICROMETHYL est avant tout un projet de recherche fondamentale, il aura également des retombées dans le domaine médical. En effet, le dérèglement des protéines impliquées dans la méthylation de la tubuline, que ce soit les méthyltransférases, la protéine oncogène LSF, ou la protéine « reader » PBRM1, est lié à l’apparition de maladies humaines, et en particulier de cancers.