Les scientifiques de Scripps Research ont développé une nouvelle stratégie pour identifier de petites molécules capables de modifier la fonction des protéines, offrant une voie prometteuse pour la découverte de médicaments ciblés. En collaboration avec des scientifiques d’autres institutions, le groupe a utilisé sa nouvelle approche pour trouver de petites molécules capables de modifier l’activité des protéines impliquées dans le cancer.
La recherche, publiée dans Cellule moléculaire le 20 avril, améliore les méthodes précédentes qui pouvaient dépister si les petites molécules étaient sélectivement attachées aux protéines, mais pas si elles affectaient les activités biologiques des protéines. La nouvelle méthode consiste à utiliser deux versions d’image miroir d’une petite molécule et à comparer la façon dont elles modifient la taille des complexes protéiques dans les cellules.
La capacité des petites molécules à se lier spécifiquement à une protéine et à provoquer une conséquence biologique est aujourd’hui la base fondamentale de la plupart des médicaments. Avec ce test, nous élargissons notre capacité à découvrir ces petites molécules qui non seulement lient les protéines, mais ont des impacts fonctionnels. »
Benjamin Cravatt, PhD, auteur principal, chaire Gilula de biologie chimique chez Scripps Research
Ces dernières années, le laboratoire de Cravatt a conçu des ensembles de petits produits chimiques qui peuvent se lier de manière irréversible à certaines parties des protéines. Cependant, le criblage de ces bibliothèques chimiques pour découvrir leur impact possible sur la fonction des protéines était généralement un processus lent et fastidieux. Étant donné que les protéines individuelles ont des rôles différents dans la biologie cellulaire, les chercheurs doivent souvent développer des écrans fonctionnels spécialisés pour chaque protéine d’intérêt. Un écran, par exemple, pourrait déterminer si les produits chimiques affectaient la croissance cellulaire, tandis qu’un autre pourrait déterminer si les produits chimiques modifiaient les niveaux d’une molécule différente.
« Ce n’est pas parce qu’une petite molécule engage physiquement une protéine qu’elle modifie la fonction de la protéine dans la cellule », déclare le co-premier auteur Jarrett Remsberg, PhD, qui a effectué les travaux en tant que chercheur postdoctoral de l’American Cancer Society dans le Laboratoire Cravatt de Scripps Research. L’ancien étudiant diplômé Michael Lazear, PhD, et le boursier postdoctoral Martin Jaeger, PhD ont également été les premiers auteurs de l’article.
Dans le nouveau travail, le groupe de Cravatt a utilisé la conglomération de protéines en complexes comme indicateur de leur fonction. Les protéines fonctionnent souvent en se liant à d’autres protéines ; si cette liaison ne se produit pas ou si elle est provoquée, cela indique que la fonction d’une protéine peut avoir changé.
L’équipe de recherche a conçu des paires de molécules « image miroir », appelées stéréoisomères, qui pourraient chacune se lier de manière irréversible aux protéines de la même manière que leurs bibliothèques chimiques précédentes avaient fonctionné. Les paires de stéréoisomères leur permettent d’être sûrs que l’impact de chaque petite molécule est dû à sa structure unique (si une seule version d’une molécule modifie la fonction des protéines, il s’agit probablement d’une interaction spécifique et directe). Une fois qu’ils ont exposé les cellules aux paires de stéréoisomères, ils ont testé si une protéine d’intérêt se trouvait dans un complexe de taille différente, en utilisant une technique appelée chromatographie d’exclusion de taille dans laquelle les protéines sont tamisées à travers des billes avec des pores de tailles différentes.
Pour montrer l’utilité de cette approche, les chercheurs ont examiné l’ensemble de petites molécules pour leur capacité à modifier la taille des complexes protéiques dans les cellules cancéreuses de la prostate. Ils ont identifié une molécule, MY-1B, qui perturbait sélectivement un complexe de protéines connu sous le nom de PA28, dont on avait précédemment découvert qu’il jouait un rôle dans la dégradation des protéines dans le cancer. D’autres travaux sur des cellules leucémiques ont confirmé qu’en se liant spécifiquement à la protéine PMSE1, MY-1B ou un composé apparenté (mais pas leurs images miroir) pouvait inactiver efficacement le complexe PA28.
Cravatt et ses collègues ont également suivi une observation selon laquelle un produit chimique différent, l’EV-96, modifiait la taille d’un complexe protéique impliqué dans l’épissage des brins d’ARN à l’intérieur des cellules. L’équipe a découvert que l’EV-96 ralentissait la croissance des cellules cancéreuses et a identifié SF3B1 comme la protéine à laquelle le produit chimique se liait.
Dans les deux cas, les nouveaux produits chimiques représentent la première fois que les scientifiques ont pu cibler les complexes protéiques ; PA28 et le soi-disant spliceosome-; avec de petits produits chimiques synthétiques simples.
« Cela signifie que les chercheurs disposent de nouveaux outils chimiques dans leur arsenal qu’ils n’avaient pas auparavant », explique Remsberg. « C’est une opportunité de mieux comprendre ces protéines ainsi que d’étudier les opportunités thérapeutiques potentielles. »
L’équipe espère que leur approche pourra être étendue pour utiliser d’autres lectures fonctionnelles que la taille complexe, et ils ont l’intention de l’utiliser pour étudier différents types de cellules à l’avenir.
« L’idée à long terme est que nous pouvons utiliser cette approche pour découvrir des composés chimiques qui empiètent sur n’importe quelle lecture », explique Cravatt. « Il y a certainement d’autres lectures que nous espérons pouvoir examiner à l’avenir. »
