Certaines protéines du corps garantissent que les gènes sont activés et désactivés au bon moment. Par exemple, la protéine facteur de transcription Pdx1 (homéoboîte pancréatique et duodénale 1) active le gène qui code pour l'insuline, et la protéine SPOP (protéine POZ de type speckle) se lie à son tour à Pdx1 afin que le corps ne produise pas trop d'insuline. Mais on ne sait pas comment SPOP se lie à Pdx1. Comprendre où SPOP se lie peut aider les chercheurs à prédire ce qui prédispose les individus à développer un diabète et à clarifier comment SPOP régule d'autres protéines importantes. Dans une étude récente, une équipe de chercheurs de Penn State et du St. Jude Children's Research Hospital a imagé les protéines et déterminé comment cette interaction importante se produit.

Un article décrivant l'interaction a été récemment publié dans le Journal de chimie biologique . Nous avons parlé à deux des auteurs de l'article, Scott Showalter, professeur de chimie et de biochimie et biologie moléculaire, et Emery Usher, étudiant diplômé en biochimie, Programme de Microbiologie et Biologie Moléculaire (BMMB), à propos de ce travail.

Q : Pourquoi Pdx1 est-il important pour le corps humain ? et comment SPOP soutient-il sa fonction ?

Showalter :Pdx1 est un facteur de transcription, qui est une protéine qui se lie à l'ADN de votre génome et contrôle si les gènes à proximité seront activés ou désactivés. Chez l'homme, Pdx1 se trouve principalement dans le pancréas, où il active le gène qui code pour la protéine insuline lorsqu'il en faut plus. Lorsque suffisamment d'insuline est stockée pour l'avenir, SPOP se lie à Pdx1 et provoque sa destruction par la machinerie de recyclage des protéines cellulaires, arrêtant ainsi la production d'insuline.

Huissier : En fin de compte, Pdx1 et SPOP travaillent ensemble pour maintenir l'homéostasie du glucose; C'est, l'équilibre minutieux des niveaux de glucose dans les cellules et dans votre circulation sanguine. Notamment, SPOP joue un rôle régulateur similaire pour des dizaines d'autres protéines dans de nombreux types de cellules, qui sont tous essentiels à la fonction cellulaire appropriée.

Q :Quelle était votre motivation pour cette étude ?

Showalter :Bien que nous sachions que Pdx1 et SPOP travaillent ensemble pour réguler le gène codant pour l'insuline, avant cette étude, les détails de cette interaction n'étaient pas clairs. Il était connu d'autres travaux que SPOP désactive les protéines en leur attachant un signal moléculaire qui cible ces protéines pour la destruction, mais Pdx1 ne ressemble à aucune autre protéine régulée par SPOP. Presque toutes les protéines connues pour être régulées par SPOP possèdent de multiples séquences de reconnaissance, ou des séquences d'acides aminés qui agissent comme un mot de passe. Cependant, Pdx1 ne contient aucune des séquences auxquelles SPOP était connu pour se lier. Mon laboratoire a investi beaucoup d'efforts au cours de la dernière décennie pour développer des techniques pouvant être utilisées pour caractériser des interactions comme celles que nous savions devoir exister entre Pdx1 et SPOP. Dans cette étude, nous avons entrepris de déterminer où SPOP se lie à Pdx1 et comment il sait qu'il a trouvé le(s) site(s) correct(s).

Usher :SPOP peut en fait reconnaître plus d'une de ces séquences de mots de passe d'acides aminés et peut ainsi cibler de nombreux partenaires, il est donc difficile de produire une liste complète des séquences d'acides aminés recherchées par SPOP. L'étude de l'interaction entre Pdx1 et SPOP pourrait également fournir des informations sur d'autres protéines auxquelles SPOP pourrait se lier.

Q :Quels ont été les principaux résultats de cette étude ?

Showalter :Nous avons été très heureux de constater qu'il n'y a pas qu'un seul site de liaison SPOP sur Pdx1, mais deux. Il est connu que SPOP se lie généralement à plusieurs sites dans les protéines qu'il contrôle, ce résultat était donc très satisfaisant car il alignait la réglementation Pdx1 sur la compréhension plus générale de la communauté du fonctionnement de SPOP. Après avoir trouvé le deuxième site de liaison, nous avons utilisé la cristallographie aux rayons X pour imager le complexe qui se forme lorsque SPOP est lié à Pdx1 sur ces sites de liaison nouvellement découverts. Cette structure a révélé que même si une séquence inhabituelle d'acides aminés dans Pdx1 était impliquée dans la liaison SPOP, les détails géométriques et chimiques étaient en fait très similaires aux structures précédemment déterminées. Nos résultats suggèrent que la définition précédente d'un site de liaison SPOP était trop étroite.

Usher :Nous avons maintenant une meilleure compréhension des règles chimiques qui définissent si une séquence est un bon candidat pour se lier ou non. Notre structure suggère également un mécanisme plausible pour perturber la liaison Pdx1 par SPOP lorsque cette interaction est indésirable, par exemple, lorsque Pdx1 est nécessaire pour produire plus d'insuline.

Q : Pourquoi ces résultats sont-ils importants ?

Showalter :Il est important de comprendre les détails moléculaires des processus biologiques comme la production d'insuline dépendante du glucose et comment ils sont régulés, car ce sont les facteurs décisifs entre la santé normale et la maladie. Comprendre les séquences auxquelles SPOP se lie nous aide à prédire pourquoi certaines variations génétiques peuvent prédisposer les individus et les familles qui les portent au développement du diabète. De la même manière, en clarifiant les règles que SPOP utilise pour identifier les protéines auxquelles il doit se lier et réguler, nous pouvons mieux prédire les autres protéines qu'il régule. Nous pouvons également être en mesure de prédire comment les variations naturelles de leurs séquences d'acides aminés peuvent perturber la liaison SPOP normale, conduisant à de mauvais résultats pour la santé.

Usher :La SPOP est également connue pour son rôle dans certains cancers, y compris le cancer de la prostate et de l'endomètre. Bien que dépassant le cadre de nos travaux actuels, mieux définir la façon dont SPOP sélectionne les partenaires de liaison aura probablement un impact sur les futures recherches dans ce domaine également.