Nouvelles approches de pontage couplé à la spectrométrie de masse pour l'analyse des interactions acides nucléiques/protéines – NAProt-XLMS

Les acides nucléiques (AN) constituent une classe essentielle de macromolécules nécessaires au stockage, à la transmission et à l'expression de l'information génétique des cellules. Alors que l'acide désoxyribonucléique (ADN) code les informations dont les cellules ont besoin pour fabriquer des protéines, l'acide ribonucléique (ARN) joue de multiples rôles cellulaires, parmi lesquels la synthèse des protéines est le principal. Les interactions protéine-acide nucléique (P-AN) sont donc impliquées dans de nombreux processus biologiques. Par exemple, les protéines et ARNs forment des complexes ribonucléoprotéiques qui interviennent dans la traduction, le transport intracellulaire, la réponse au stress, la virulence des pathogènes ou dans différentes maladies (cancers, maladies neurodégénératives ou infectieuses). Les interactions protéines-ADN sont essentielles à la fonctionnalité (réplication, transcription, réparation et recombinaison) et la stabilité du génome. L'identification des sites d'interaction P-AN au niveau du résidu (nucléobase et acide aminé) est donc primordial. Cependant, il existe peu d’approches qui permettent une identification précise et systématique des sites d'interaction P-AN au niveau du résidu.
D’un point de vue structural, plusieurs techniques biophysiques sont utilisées pour caractériser des interactions P-AN : i) des techniques à résolution atomique (cristallographie, RMN ou microscopie électronique) qui sont exigeantes en matière de quantité d'échantillons, limitées en terme de taille et/ou en solubilité des complexes; et ii) des techniques à plus faible résolution (ex : la diffusion des rayons X aux petits angles) qui ne parviennent pas toujours à fournir une information au niveau des résidus en interaction. Les approches de spectrométrie de masse (SM) structurale (SM native, mobilité ionique, techniques de marquage de type échange H/D ou pontage chimique XL) sont apparues comme des techniques clés pour la caractérisation in vitro des complexes P-AN, fournissant des informations sur les stœchiométries, la dynamique d’interaction et les régions de proximité. Parmi celles-ci, le pontage suivi par SM (XL-MS) semble être le plus puissant pour obtenir des informations sur les résidus en interaction. Le pontage photochimique par UV est la méthode la plus populaire pour étudier les complexes P-NA in vitro, générant des conjugués peptide-oligonucléotide pontés à très courte distance (« zero-length »). Cependant, alors que le XL-MS a gagné en popularité pour l’étude des interactions protéine-protéine, il est encore peu utilisé pour les interactions P-AN, principalement en raison de la complexité des stratégies analytiques et de traitement des données, ce qui explique pourquoi le XL-MS pour le P-AN est resté la prérogative de quelques groupes experts au niveau mondial.
L'objectif du projet NAProt-XLMS est de : 1) synthétiser de nouveaux réactifs chimiques de pontage basés sur le repositionnement de drogues utilisées en chimiothérapie comme sondes multifonctionnelles de pontage chimique ; 2) développer des méthodes analytiques LC-MS/MS sensibles et robustes pour l’analyse par XL-MS des interactions P-AN in vitro et in vivo ; et 3) faire la preuve de concept de ces méthodologies sur deux systèmes bien caractérisés, récepteurs nucléaires/ADN et ribonucléoprotéines/ARN.
Au final, le projet NAProt-XLMS fournira de nouveaux outils de pontage chimique ainsi que des méthodes d’analyse protéomique et de traitement des données optimisées pour la caractérisation des sites d’interactions P-AN. Ce projet profitera à l'ensemble de la communauté des biologistes en fournissant des outils versatiles et sensibles pour une compréhension plus exhaustive du rôle des interactions P-AN dans les processus biologiques, ouvrant de nouvelles perspectives pour la cartographie large échelle des interactions P-AN.