Comprendre le fonctionnement des cellules par l'analyse des voies protéiques

2011/09/01 Azkargorta, Mikel - Biokimika eta Biologia Molekularreko Saila EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultatea Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Les cellules sont des éléments de base de la vie, les unités des êtres vivants: tous les êtres vivants sont constitués de cellules. Par exemple, on dit que les humains sont formés par 70 milliards de cellules. Chacun remplit des fonctions spécifiques dans l'organisme, développant des milliers de processus différents qui garantissent la survie de l'être.

Les cellules, dans la mesure où elles sont aussi des êtres vivants, "naissent", grandissent et meurent; pour survivre, elles ont besoin de se nourrir et se multiplient, entre autres. Pour effectuer toutes les fonctions et les événements, différents processus se produisent dans la cellule. Par exemple, grâce à un ensemble complexe de réactions appelées métabolisme, les cellules obtiennent l'énergie nécessaire pour vivre. Suite au cycle cellulaire, la prolifération se produit et, finalement, lorsque les cellules sont trop anciennes, ils meurent à travers le processus appelé apoptose.

La participation des protéines dans tous les processus est indispensable. Les protéines sont des molécules ayant l'activité nécessaire pour réguler le fonctionnement des cellules. Chacun des épisodes mentionnés se produit par la régulation d'un groupe de protéines dont l'activité est fondamentale pour le développement ordonné et efficace des processus.

Mais les protéines ne jouent pas leur travail isolément, mais organisent des réseaux d'interaction très complexes entre des protéines appelées pathway ou voies. L'information pour la production de protéines est stockée dans une molécule appelée ADN, organisée en unités appelées gènes. Les gènes agissent comme des moules de protéines et de chacun d'eux peuvent être produits un ou plusieurs types de protéines. Le génome humain a environ 25.000 gènes, donc une cellule humaine peut produire des milliers de protéines différentes. Chacun d'eux disposera d'une série de fonctions spécifiques dans la cellule qui, comme indiqué, seront organisées en réseaux d'interaction appelés sentiers.

Sentiers de protéines

Considérons la régulation du cycle cellulaire comme exemple du fonctionnement d'un sentier. Comme déjà indiqué, le cycle cellulaire est un processus que les cellules continuent à doubler et est indispensable pour le renouvellement cellulaire d'un organisme. Dans la cellule, et en simplifiant beaucoup les choses, il y a des protéines qui parient sur le cycle cellulaire et d'autres qui s'opposent. Ainsi, au premier niveau de régulation, la famille de protéines E2F favorise le cycle cellulaire. Les protéines de la famille RB interfèrent dans l'activité des protéines E2F, c'est-à-dire agissent contre le cycle cellulaire.

Au niveau suivant de la régulation, les protéines appelées CDK inactivent les protéines de la famille RB, ce qui favorise le cycle cellulaire. En outre, les protéines appelées CKI interfèrent dans l'activité des CDK agissant contre le cycle cellulaire. Deux autres éléments sont donc inclus à ce niveau, et les possibilités de régulation du processus se diversifient.

Bien que la complexité réelle soit beaucoup plus grande que celle citée, ce simple exemple sert à comprendre les chemins qui définissent le destin de la cellule. Les protéines fonctionnent comme un interrupteur: En fonction de la protéine qui "s'allume" ou "s'éteint", on peut stimuler à la fois un effet et le contraire dans la cellule. Pour que ce type de processus soit efficace, une chose est indispensable : la précision. Si l'activité d'une certaine protéine est plus ou moins importante que nécessaire, des problèmes peuvent survenir qui compromettent le bon fonctionnement de la cellule et qui, s'ils ne sont pas évités à temps, peuvent conditionner la survie de l'organisme. Ces processus doivent donc être étudiés et compris en profondeur pour comprendre et combattre les dommages causés par leur mauvais fonctionnement.

Souris en laboratoire

Dans ce but, les souris knockout (KO ou -/-) ont été développées. ^Toutes les cellules d'une souris KO ont interrompu la fonction d'un gène d'intérêt. Pour ce faire, en raison des techniques d'ingénierie génétique, ce gène est détruit au niveau embryonnaire. Ainsi, la destruction du gène donne lieu à des souris adultes avec le manque de protéines qu'il produit. La disparition d'une protéine aura une conséquence globale : non seulement son activité disparaîtra, mais elle changera également l'activité des protéines qu'elle régule. L'analyse de ces changements permet d'analyser en profondeur les fonctions de cette protéine dans l'organisme.

Dans ce travail ont été utilisés la ^souris E2F2 knockout (E2F2-/-). Ces souris sont détruites par le gène E2F2, de sorte qu'elles ont également suspendu l'activité de la protéine E2F2. Bien qu'au début ils se développent normalement, avec le temps ils souffrent quelques problèmes. Sa caractérisation a montré que l'E2F2 est indispensable au bon fonctionnement des lymphocytes T. Les lymphocytes T sont une partie importante du système de défense de l'organisme et répondent à des éléments étrangers à l'organisme en les détruisant.

Les lymphocytes T sans E2F2 sont beaucoup plus sensibles que les lymphocytes T avec E2F2. Par conséquent, ils s'opposent à leur propre organisme qu'ils doivent défendre. En conséquence, les souris souffrent d'un grave syndrome, très semblable au Lupus érythémateux systémique (SLE) des humains, et après plusieurs problèmes meurent avant les souris ayant une activité normale E2F2.

E2F2, par conséquent, s'oppose à l'activation des lymphocytes T des souris, mais à quel mécanisme répond? Pour illustrer cela, une approche protéomique a été utilisée dans ce travail. Protéome définit l'ensemble des protéines d'une cellule dans des moments et des circonstances spécifiques. La protéomique comprend donc des techniques de caractérisation et d'analyse des groupes de protéines.

Lire la présence de protéines

Dans ce travail, le contenu en protéines des lymphocytes T des souris a été analysé, ce qui a été fait dans deux situations différentes: Lorsque l'activité E2F2 est normale (état de contrôle appelé WT) et aucune activité E2F2 ( E2F2-/- ). Les groupes ^de protéines ont été comparés et les protéines modifiées ont été identifiées en cas de disparition de l'activité E2F2. Ainsi, en déterminant les protéines modifiées, on peut analyser le mécanisme qui suit E2F2 dans les lymphocytes T des souris.

Des techniques d'électrophorèse bidimensionnelle (2DE) et de spectrométrie de masse (MS) ont été utilisées. 2DE est une technique qui garantit l'analyse simultanée de milliers de protéines très utile pour la comparaison des protéines. Les protéines sont distribuées en formant des taches sur un support de gel. Dans chacune des taches sera distribué une protéine unique et le volume des taches est directement proportionnelle à la quantité de protéines stockées en elle. Par conséquent, en comparant le volume des taches, on peut détecter des variations entre les protéines analysées.

Mais bien que le 2DE dit que tache est différente, il ne dit pas quelle est la protéine distribuée dans cette tache. Pour cela, la spectrométrie de masse (MS) est indispensable. Les spectromètres de masse sont des appareils capables de déterminer la masse des molécules chimiques avec une grande précision. Sur la base de ce principe, et par des recherches dans des bases de données, les protéines réparties sur les taches différentielles sont identifiées.

Parmi les protéines modifiées lors de la disparition d'E2F2, les protéines COR1A, GRB2, ARHGDIA et PAK2 ont été trouvées sur les voies d'activation des lymphocytes T. En d'autres termes, on a constaté que les lymphocytes T sans E2F2, sans aucun stimulus, ont préparé l'équipement (protéines) d'activation. Cette conclusion correspond à la sensibilité élevée ^des lymphocytes E2F2-/-. L'expérience nous a permis d'identifier certains des commutateurs que E2F2 "allume" ou "éteint" pour réguler l'activation des lymphocytes T.

En résumé, nos résultats montrent que cette approche est utile pour comprendre le mécanisme qui suit l'E2F2 et est un exemple des recherches qui peuvent être utilisées pour entrer dans le fonctionnement de la cellule.

BIBLIOGRAPHIE