L'enzyme L'ARN polymérase II transcrit les gènes en ARN messager. Ce processus est guidé par des modifications de la « queue » de l’enzyme appelées modèles de phosphorylation. Les scientifiques de l'hôpital de recherche pour enfants St. Jude ont exploré ces modèles et identifié 117 kinases susceptibles de phosphoryler plusieurs emplacements dans la queue protéique. Cela élargit considérablement l’ensemble des kinases précédemment connues pour phosphoryler l’ARN polymérase II. Les travaux relient également l'activité de l'enzyme à plusieurs maladies, notamment le cancer, par exemple, via la tyrosine kinase EGFR de la surface cellulaire, qui phosphoryle l'ARN polymérase II dans le noyau. L'EGFR est fortement muté dans le cancer du poumon. Les résultats ont été publiés aujourd'hui dans Science.
La queue de l'ARN polymérase II est composée de répétitions des mêmes sept acides aminés. Les cellules contrôlent des étapes distinctes de la transcription des gènes à l'aide de kinases, qui fixent des groupes phosphate sur cette séquence d'acides aminés répétée, en particulier aux positions deux et cinq. La pertinence des cinq autres acides aminés pour la fonction de l’ARN polymérase II a été débattue.
Aseem Ansari, titulaire de la chaire du Département de biologie chimique et thérapeutique de St. Jude, a cherché à clarifier cette incertitude. « Nous savions qu'il existait des kinases au-delà des kinases canoniques, mais nous comprenions que la spécificité vient souvent de la proximité », a déclaré Ansari. « De nombreuses kinases peuvent phosphoryler la queue, nous avons donc voulu les trier pour déterminer lesquelles sont significatives. »
La kinase de surface cellulaire transmet un message au noyau
Les chercheurs ont testé 427 kinases pour voir si, comment et où elles pouvaient phosphoryler la queue de l'ARN polymérase, Ansari attribuant l'importance de l'infrastructure disponible à St. Jude pour une telle entreprise. « L'étude n'aurait pas été possible sans les incroyables ressources partagées et départementales dont disposent les scientifiques de St. Jude », a-t-il déclaré. Ils ont identifié 117 kinases avec une préférence substantielle pour la localisation de la phosphorylation. Cela incluait des positions précédemment ignorées, puisque 54 des 62 tyrosine kinases testées agissaient exclusivement en position un.
Cet atlas complet des kinases contenait des découvertes inattendues liées à la signalisation cellulaire. « L'idée la plus improbable était qu'un récepteur kinase de surface cellulaire tel que l'EGFR pourrait phosphoryler l'ARN polymérase II », a déclaré Ansari. « À ma grande surprise, nos données d'imagerie ont montré le récepteur dans le noyau, un phénomène signalé depuis des décennies, mais marginalisé. Nos preuves l'ont confirmé et nous pouvons enfin expliquer pourquoi. »
Une expérimentation approfondie a confirmé que la phosphorylation de l'ARN polymérase II en position un par l'EGFR était nécessaire pour la transcription. Cela entraîne des implications significatives sur la façon dont la signalisation cellulaire est perçue.
Les gens considèrent la signalisation cellulaire comme un relais de kinases qui agissent ensuite sur un facteur de transcription, mais nos données nous indiquent qu'elle est plus intégrée que cela. La signalisation peut être plus immédiate, car les kinases de signalisation n’attendent pas que les facteurs de transcription trouvent leur domicile. Ils peuvent accéder au site et contrôler le processus plus directement. »
Aseem Ansari, Chaire du Département St. Jude de biologie chimique et thérapeutique
L’étude développe considérablement les modèles de phosphorylation de l’ARN polymérase II et soutient une exploration plus approfondie de leur pertinence individuelle. Cela crée également un lien entre la phosphorylation de la queue de l’enzyme et des maladies comme le cancer.
« Certains cancers agressifs ont des kinases non attachées au noyau, perturbant les programmes transcriptionnels », a expliqué Ansari. « Nous avons ignoré ces kinases dans le noyau parce qu'elles ne représentent qu'une petite fraction du signal ; on s'attendait à ce que la signalisation se produise à la surface cellulaire. Mais en déplaçant l'endroit où nous percevons la vulnérabilité thérapeutique, cela change notre façon de penser la pathologie. »
Auteurs et financement
Le premier auteur de l'étude est Preeti Dabas, St. Jude. Les co-auteurs de l'étude sont Meritxell Cutrona et Wojciech Rosikiewicz, St. Jude. Les autres auteurs de l'étude sont Ryan Kempen, Patrick Rodrigues, John Bowling, Mollie Prater, Walter Lang, Adithi Danda, Zhi Yuan, Beisi Xu, Shondra Pruett-Miller, Gang Wu et Taosheng Chen, St. Jude.
L'étude a été soutenue par le National Cancer Institute (P30 CA021765) et l'American Lebanon Republican Associated Charities (ALSAC), l'organisation de collecte de fonds et de sensibilisation de St. Jude.
