Défi : Les cellules humaines éliminent les protéines non-fonctionnelles par des voies de dégradation protéique sophistiquées appelées le système ubiquitine protéasome (SUP). Dans ce processus, les enzymes du SUP lient une petite protéine, appelée l’ubiquitine, à des protéines cibles endommagées dans le but de les identifier pour les dégrader par la suite. Cependant, des anomalies dans la dégradation des protéines sont fréquemment observées dans de nombreuses maladies, notamment le cancer, où un contrôle aberrant de la dégradation des protéines peut entraîner une croissance cellulaire non contrôlée. Par conséquent, les enzymes du SUP représentent de nouvelles cibles de développement de médicaments. Malheureusement, la rareté des molécules sélectives qui modulent la fonction de ces enzymes rend extrêmement difficile toute tentative de les manipuler pour en tirer des bénéfices thérapeutiques.

Solution : L’objectif de ce projet était d’appliquer des méthodes d’ingénierie de protéines pour concevoir des molécules hautement spécifiques et actives, imitant l’ubiquitine qui se lient étroitement aux enzymes du SUP de manière à bloquer leur fonction catalytique, et donc d’élargir le spectre de cibles potentielles associées au cancer.

Réalisations/Retombées : Une banque de variants de l’ubiquitine (UbVPs) a été générés pour moduler l’activité et la fonction de cinq enzymes du SUP, appelées ligases E3. Ces ligases sont impliquées dans le processus de conjugaison de l’ubiquitine à l’histone H2A, une protéine importante pour la transcription et la réparation de l’ADN, et dans la stabilité de la protéine oncogène p53. Après avoir effectué un criblage in vitro de la banque d’UbVPs sur les cibles sélectionnées, huit UbVPs influençant l’activité enzymatique ont été identifiés avec succès. Dans une culture de cellules mammaliennes, un état d’ubiquitination amélioré de p53 a été observé en présence d’un des variants de l’ubiquitine. En outre, il a été démontré qu’à la suite de l’expression d’UbVPs sélectionnés, il y avait une augmentation notable dans le niveau d’ubiquitination de l’histone H2A.

Ces résultats révèlent qu’il est maintenant possible de générer des modulateurs puissants et spécifiques de cette famille d’enzymes : une découverte qui contribuera à guider le développement de nouveaux médicaments protéiques dans le but de traiter les maladies liées au protéasome comme le cancer.