De nouvelles enzymes découvertes pour la taille modifiée des protéines

Les deubiquitinases (DUB) sont des enzymes utilisées par les cellules pour éliminer les modifications protéiques apportées à partir de la protéine ubiquitine et ainsi réguler les protéines. Un dysfonctionnement des DUB pourrait entraîner des maladies, notamment le cancer et des troubles neurodégénératifs.

Une protéine appelée USP53 a récemment été associée à la cholestase intrahépatique familiale progressive, une maladie hépatique héréditaire chez les enfants, mais son mécanisme d’action est resté insaisissable. Bien que sa séquence en fasse partie d’une famille de deubiquitinase, les tentatives précédentes pour détecter l’activité catalytique n’étaient pas concluantes.

Maintenant, une équipe dirigée par Malte Gersch, chef de groupe à l’Institut Max Planck de physiologie moléculaire, en collaboration avec des chercheurs de l’Université TU Dortmund et du centre médical universitaire Erasmus de Rotterdam, a décodé le mode d’action de l’USP53 et de son enzyme associée appelée USP54. .

Les scientifiques ont révélé que les deux enzymes éliminent spécifiquement les longues chaînes de polyubiquitine des protéines. Ils ont également identifié les protéines sur lesquelles USP53 agit et qui pourraient être associées à la maladie du foie, suggérant ainsi comment un traitement ciblé pour de telles maladies pourrait être identifié. L’étude est publiée dans Nature Chimique Biologie.

Les cellules adoptent une astuce simple pour modifier les protéines pour des fonctions spécifiques telles que la dégradation, la réparation de l’ADN ou la réponse inflammatoire : elles les marquent avec une ou plusieurs petites protéines appelées ubiquitines. À l’inverse, les cellules peuvent aussi les éliminer.

“Nos recherches se concentrent sur les protéines éliminant ces balises, appelées deubiquitinases”, explique Kai Gallant, l’un des premiers auteurs de la publication. Il existe environ 100 DUB chez l’homme, les protéases spécifiques de l’ubiquitine (USP) constituant la plus grande famille. Jusqu’à présent, les scientifiques ont qualifié l’USP53 et l’USP54 d’« inactifs » car ils ont montré peu d’activité catalytique envers l’ubiquitine.

« Pourtant, les mutations du gène USP53 sont associées à la cholestase pédiatrique, ce qui nous a incité à les étudier », ajoute Gallant.

Disséquer le mécanisme

Les scientifiques du MPI ont testé USP53 et USP54 sur différentes chaînes de polyubiquitine, et leur activité est devenue évidente sur les plus longues : ils ont clivé spécifiquement des chaînes de polyubiquitine appelées liées à K63, qui sont l’une des huit saveurs de chaînes d’ubiquitine.

“C’était surprenant, car aucune autre enzyme USP humaine ne montre une telle préférence pour une liaison spécifique”, explique Kim Wendrich, à l’origine du projet et premier auteur de la publication.

Son travail a révélé que l’USP53 et l’USP54 ont des techniques de coupe différentes : l’USP53 éloigne les chaînes complètes liées au K63 des protéines du substrat, tandis que l’USP54 les raccourcit. Les deux deubiquitinases possèdent un domaine catalytique S2 en plus des sites S1 habituels, ce qui améliore leur capacité à cibler des chaînes plus longues.

Trouver une cible de maladie

Enfin, les chercheurs ont recherché des protéines ubiquitinées qui pourraient expliquer le lien entre l’enzyme USP53 et la cholestase.

Des recherches antérieures ont montré que des mutations dans USP53 ou dans des protéines importantes pour les jonctions cellulaires, comme la tricelluline et le LSR, peuvent provoquer des symptômes de cholestase similaires.

Les scientifiques du MPI, en collaboration avec l’équipe de Rotterdam, ont utilisé la protéomique et des méthodes spécifiques pour isoler les protéines tricelluline et LSR ubiquitinées des cellules et ont confirmé qu’elles sont désubiquitinées par USP53. Ils suggèrent que le fait de ne pas éliminer l’ubiquitine de ces protéines est lié à la maladie.

“Nos résultats ajoutent non seulement deux enzymes supplémentaires dotées de nouveaux modes d’activité à ce groupe de protéines, mais suggèrent également comment un traitement ciblé pourrait être identifié pour les maladies dans lesquelles l’ubiquitination joue un rôle essentiel”, explique Malte Gersch.