Dans nos corps, les protéines effectuent presque tous les processus essentiels, et le dysfonctionnement des protéines provoque de nombreuses maladies. Pour étudier la fonction d'une protéine, les chercheurs le retirent de la cellule et analysent ensuite les conséquences. Les deux méthodes qu'ils pourraient généralement utiliser actuellement sont l'édition du génome par CRISPR/Cas, et l'interférence ARN. Ils agissent au niveau de l'ADN ou de l'ARN, respectivement. Cependant, leur influence sur les quantités de protéines est indirecte et prend du temps. Des scientifiques allemands et britanniques présentent désormais une nouvelle méthode, appelé Trim-Away, qui permet d'épuiser directement et rapidement une protéine de tout type cellulaire. Comme Trim-Away peut distinguer différentes variantes d'une protéine, il ouvre également de nouvelles voies pour le traitement des maladies.

Dans chaque cellule vivante, plusieurs milliers de protéines sont à l'œuvre. Leur répertoire comprend tout, de la catalyse de réactions biochimiques à la formation de la surface d'une cellule ou à l'envoi et à la réception de signaux. Les protéines défaillantes provoquent diverses maladies, y compris le cancer et la neurodégénérescence. Par conséquent, il est d'un intérêt majeur pour les biologistes moléculaires de comprendre comment les protéines agissent dans leur environnement naturel - la cellule.

Pour étudier la fonction d'une protéine, l'une des stratégies les plus importantes consiste à le retirer de la cellule et à étudier les effets sur les processus cellulaires. Pour épuiser une protéine, les chercheurs disposent de deux techniques principales :l'édition du génome par CRISPR/Cas, et l'interférence ARN (ARNi). En ciblant l'ADN ou l'ARN d'une cellule, respectivement, ils arrêtent efficacement la production d'une protéine. Cependant, ces méthodes n'affectent les quantités de protéines qu'indirectement et ne sont pas applicables à tous les types de cellules et de protéines. Jusqu'à maintenant, il n'y avait aucune technique universellement applicable disponible qui pourrait surmonter ces limitations.

Les scientifiques du Max Planck Institute for Biophysical Chemistry à Göttingen (Allemagne) et du MRC Laboratory of Molecular Biology à Cambridge (Royaume-Uni) ont maintenant réussi à développer une nouvelle méthode, appelé Trim-Away. "Avec Trim-Away, il est possible pour la première fois de cibler directement presque n'importe quelle protéine dans n'importe quel type de cellule, " déclare Melina Schuh, Directeur au MPI de Chimie Biophysique. "Il est très simple à utiliser et supprime les protéines en quelques minutes. C'est beaucoup plus rapide que tout ce que vous pouvez réaliser avec l'édition du génome ou l'ARNi - avec ces techniques, il faut généralement plusieurs heures voire plusieurs jours pour épuiser une protéine. Cela donne à la cellule le temps de développer des mécanismes pour compenser la perte, ce qui masque parfois les effets réels. De plus, l'édition du génome et l'ARNi ne conviennent pas à l'étude des protéines à longue durée de vie ou des protéines dans les cellules primaires. Avec Trim-Away, nous pouvons maintenant combler cette lacune." "Nous pouvons maintenant prendre pratiquement n'importe quelle cellule du corps et détruire rapidement les protéines à l'intérieur de cette cellule, nous permettant d'étudier immédiatement les effets sur les processus cellulaires, " ajoute le premier auteur Dean Clift.

Exploiter les compétences d'une protéine cellulaire

Au cœur de la nouvelle technique se trouve une protéine découverte dans le laboratoire de Leo James au MRC LMB :Trim21. Trim21 reconnaît les anticorps qui pénètrent dans la cellule attachés aux virus. Il se lie à ces anticorps, étiquette le complexe anticorps-virus comme « ordures », et le remet au « vide-ordures » de la cellule, le protéasome. Schuh s'est rendu compte que cette capacité de Trim21 pourrait l'aider à surmonter un problème auquel elle avait été confrontée dans ses recherches :il s'était avéré exceptionnellement difficile d'épuiser des protéines spécifiques des ovules par édition du génome ou ARNi, car de nombreuses protéines de ces cellules ont une très longue durée de vie. Schuh voulait maintenant utiliser Trim21 comme outil moléculaire :avec Clift, elle a introduit dans les ovules des anticorps dirigés contre une protéine cellulaire spécifique, au lieu d'être dirigé contre les virus. Trim21 a reconnu l'anticorps et a délivré la protéine liée à l'anticorps au protéasome pour destruction. Dans quelques minutes, la protéine a disparu de la cellule. Cette redirection de Trim21 vers la protéine d'intérêt est le principe central de Trim-Away. "Essentiellement, La boîte à outils de la nature nous a fourni tous les composants dont nous avions besoin. L'astuce consistait à choisir les bons et à les combiner en un système qui fonctionne pour notre objectif, ", résume Schuh.

Une difficulté était que de nombreux types de cellules n'ont pas des quantités suffisantes de Trim21 pour faire face à la tâche d'éliminer toute la protéine liée à l'anticorps. Les chercheurs ont surmonté ce problème en délivrant une protéine Trim21 supplémentaire dans la cellule avec l'anticorps. Un petit "choc électrique" a fait absorber les protéines par la cellule. "Lorsque nous avons identifié Trim21 pour la première fois en tant que récepteur d'anticorps il y a plus de dix ans et que nous avons ensuite montré à quel point il détruit efficacement les protéines virales, nous avons réalisé qu'il pourrait être un outil puissant s'il était réaffecté aux protéines cellulaires. Cependant, les résultats sont encore plus remarquables qu'on aurait pu l'imaginer, " dit James. Cela est également vrai pour l'applicabilité de Trim-Away aux protéines à longue durée de vie et aux cellules primaires, qui sont des cellules prélevées directement dans un tissu.

Une autre application est dans les macrophages, un type de globule blanc :« Les macrophages sont totalement inaccessibles à l'édition du génome ou à l'ARNi car ils sont particulièrement doués pour reconnaître l'ADN et l'ARN étrangers, qui sont des éléments centraux de ces techniques", Jacques explique. "Avec Trim-Away, il est désormais possible d'épuiser les protéines des macrophages pour étudier leur fonction dans ce type de cellule spécifique."

Détruire les variantes de protéines causant des maladies

Une caractéristique de Trim-Away est qu'il peut tirer parti de la spécificité remarquable des anticorps, qui peut non seulement faire la distinction entre différentes protéines mais aussi entre deux variantes différentes de la même protéine. Ces variantes jouent un rôle important dans de nombreuses maladies. Un exemple frappant est la maladie de Huntington, une maladie neurodégénérative héréditaire causée par une mutation dans l'une des deux copies d'un individu du gène codant pour la protéine huntingtine. Les scientifiques ont montré que Trim-Away peut être utilisé pour éliminer la variante pathogène de la huntingtine des cellules de culture tissulaire tout en laissant la variante "normale" indemne. "Bien sûr, faire fonctionner cela en culture cellulaire est quelque chose de complètement différent que de guérir la maladie, » souligne Schuh. « Une application thérapeutique est encore loin. Mais notre travail pourrait ouvrir de nouvelles voies pour traiter les maladies avec des anticorps à l'avenir. »