Désacétylation spécifique de la Cohésine par HDAC8 – CoheDAC8

L’acétylation de la lysine des protéines est une modification post-traductionnelle majeure qui régule de nombreux processus biologiques. L'acétylation est une modification réversible qui est introduite par les lysines acétyltransférases (KATs) et éliminée par les lysines désacétylases (KDACs). Ces dernières sont soit des histones désacétylases dépendantes du zinc, soit des sirtuines dépendantes du NAD+. Les KATs et les KDACs sont des cibles thérapeutiques reconnues pour de nombreuses pathologies. Cependant, seuls quelques inhibiteurs de ces enzymes sont utilisés en clinique, ciblant uniquement les HDACs et montrant une faible sélectivité entre les isoformes, ce qui limite leur utilisation thérapeutique. Il est donc urgent de caractériser précisément les mécanismes moléculaires sous-jacents de ces isoformes d'HDACs afin de développer des inhibiteurs sélectifs.
L'enzymologie et la biologie structurale ont joué un rôle déterminant pour la compréhension des fonctions des HDACs et pour la conception d'inhibiteurs. Cependant, des peptides acétylés simples ou fonctionnalisés ont été utilisés comme substituts de substrat dans la majorité de ces études, limitant ainsi leur portée. En particulier, ces peptides ne peuvent pas récapituler les mécanismes de reconnaissance et de désacétylation des substrats protéiques par les HDACs qui ciblent une acétyl-lysine dans un environnement protéique contraint et replié. Le projet CoheDAC8 aborde ces questions en se concentrant sur l'histone désacétylase humaine 8 (HDAC8) dont le substrat le mieux validé est la sous-unité SMC3 du complexe cohésine, un complexe-clé dans l’organisation 3D du génome.
La cohésine est composée de trois sous-unités (SMC1A, SMC3 et RAD21) et agit de manière dépendante de l'ATP tout au long du cycle cellulaire dans la cohésion des chromatides sœurs, la ségrégation des chromosomes, la réparation de l'ADN, la régulation de la transcription et la formation de boucles de chromatine. Ses fonctions sont notamment régulées par l'acétylation/désacétylation du domaine ATPase de la sous-unité SMC3 au niveau des lysines K105 et K106.
On retrouve des mutations de la cohésine dans de nombreux cancers et dans les cohésinopathies, reflétant ses rôles fonctionnels clés. En particulier, les mutations des sous-unités centrales (SMC1A, SMC3, RAD21) et régulatrices (NIPPBL, HDAC8) de la cohésine sont à l'origine de la cohésinopathie la mieux caractérisée et la plus répandue, le syndrome de Cornelia de Lange (SCdL). La désacétylation du domaine ATPase de SMC3 par HDAC8 semble donc cruciale dans les fonctions de la cohésine mais aussi dans le contexte du SCdL. Cependant, la reconnaissance spécifique et la désacétylation de SMC3 par HDAC8 au sein du complexe de la cohésine, ainsi que les conséquences mécanistiques et fonctionnelles des mutations d’HDAC8 dans le SCdL restent largement inconnues.
Le projet CoheDAC8 abordera spécifiquement les questions suivantes :
1. La désacétylation des lysines acétylées K105Ac et K106Ac de SMC3 par HDAC8 se fait-elle de manière aléatoire ou processive?
2. Comment les autres sous-unités de cohésine et l'ADN influencent-ils la désacétylation de SMC3 par HDAC8?
3. Comment HDAC8 reconnaît-elle son substrat (SMC3 acétylé) au sein du complexe des domaines ATPase de la cohésine?
4. Comment les mutations SCdL d’HDAC8 perturbent-elles la reconnaissance et la désacétylation de SMC3?