Fluorescent Ubiquitination-based Trbl Turnover Indicator (FUTTI): A tool to detect activity of the Tribbles pseudokinase in vivo

Au cœur de chaque cellule vivante, une bataille constante et silencieuse se joue pour maintenir l'ordre. Les cellules doivent décider quelles protéines conserver et lesquelles éliminer, un processus essentiel pour la croissance, le développement et la prévention des maladies. Cette décision repose souvent sur un système de marqueurs moléculaires qui désignent des protéines spécifiques pour la destruction, les envoyant vers le centre de recyclage de la cellule. Parmi les nombreuses molécules qui aident à diriger cette équipe de nettoyage figure une famille de protéines appelées Tribbles. Ces molécules agissent comme des adaptateurs, comblant le fossé entre une protéine cible qui doit être éliminée et la machinerie qui assure réellement sa destruction. Bien que ces protéines soient vitales pour un développement normal, leur dysfonctionnement est lié à des pathologies graves, notamment certains types de cancers, où elles peuvent détruire des protéines saines trop rapidement ou ne pas parvenir à éliminer des protéines nocives. Comprendre exactement comment ces adaptateurs fonctionnent, et quelles parties de leur structure sont essentielles à leur tâche, a été un défi car les scientifiques manquaient d'un moyen simple de les observer en action au sein d'un organisme vivant.

Des chercheurs de l'Université du Missouri-Kansas City ont développé un nouvel outil pour résoudre ce problème, leur permettant de voir où et quand ces protéines adaptatrices sont actives à l'intérieur d'une mouche fruit d'une vie. Ils ont créé un capteur qui brille d'une lumière fluorescente, laquelle s'estompe chaque fois que l'adaptateur fonctionne correctement. En observant cette lumière, ils ont pu cartographier l'activité de la protéine adaptatrice en temps réel et tester quelles parties de la protéine sont nécessaires à son fonctionnement. Leur travail a révélé que, bien que ces protéines partagent une structure commune chez de nombreux animaux, le mécanisme spécifique qu'elles utilisent pour recruter la machinerie de destruction chez la mouche est unique et diffère significativement de la méthode utilisée chez les mammifères.

Les scientifiques ont commencé par concevoir un capteur basé sur une protéine cible spécifique connue pour être contrôlée par l'adaptateur. Chez la mouche, cette cible est une protéine appelée Slbo, qui joue un rôle clé dans le développement de l'ovaire. Les chercheurs ont identifié une petite section spécifique de la protéine Slbo qui agit comme un signal de destruction, une région que la protéine adaptatrice reconnaît et à laquelle elle se lie. Ils ont pris ce signal et l'ont attaché à une protéine fluorescente, créant ainsi une molécule hybride qui brille en vert ou en rouge. Dans des conditions normales, cette molécule brillante s'accumulerait et brillerait intensément. Cependant, si la protéine adaptatrice était présente et active, elle reconnaîtrait le signal, marquerait la molécule brillante et l'enverrait être détruite, provoquant ainsi l'atténuation de la lumière. Les chercheurs ont nommé ce capteur FUTTI, un indicateur fluorescent de l'activité de renouvellement de l'adaptateur.

Pour tester l'efficacité de ce capteur, les chercheurs l'ont introduit dans des mouches et ont observé les motifs de luminescence dans leurs tissus. Dans les ailes en développement des mouches, ils ont constaté que lorsque la protéine adaptatrice était présente en grande quantité, le capteur brillant disparaissait de ces cellules spécifiques, confirmant que le capteur était détruit comme prévu. Inversement, lorsqu'ils réduisaient la quantité de la protéine adaptatrice, le capteur s'accumulait et brillait beaucoup plus fort. Cette relation inverse a prouvé que le capteur pouvait rapporter avec précision les niveaux d'activité de la protéine adaptatrice dans différentes parties du corps de la mouche. Ils ont observé des résultats similaires dans les ovaires, où le capteur s'est estompé dans des cellules spécifiques où l'adaptateur était connu pour être actif, démontrant que l'outil pouvait cartographier l'activité à travers différents tissus avec une grande précision.

Une fois le capteur opérationnel, l'équipe est passée à l'étude des parties spécifiques de la protéine adaptatrice qui la font fonctionner. Ils savaient que la protéine adaptatrice possède une région centrale qui se lie au signal cible et une région caudale qui recrute la machinerie de destruction. Pour tester l'importance de la région de liaison centrale, ils ont créé une version de l'adaptateur présentant un changement structurel minuscule, en remplaçant un acide aminé par un autre. Lorsqu'ils ont exprimé cette protéine altérée chez les mouches, le capteur est resté brillant et ne s'est pas estompé. Ce résultat a montré que la région de liaison centrale est essentielle pour que l'adaptateur reconnaisse sa cible ; sans elle, l'adaptateur ne peut pas saisir le capteur pour le détruire. Curieusement, cette version défectueuse de l'adaptateur affectait toujours d'autres processus cellulaires, tels que la division cellulaire, suggérant que différentes parties de la protéine contrôlent différentes fonctions.

Les chercheurs se sont ensuite penchés sur la queue de la protéine, responsable du recrutement de la machinerie de destruction. Chez les mammifères, cette queue contient une séquence spécifique qui se lie à une enzyme bien connue appelée COP1, qui aide à marquer les protéines pour la destruction. L'équipe a testé si ce même mécanisme fonctionnait chez la mouche. D'abord, ils ont tenté de voir si des versions mammaliennes de la protéine adaptatrice pouvaient fonctionner chez la mouche. Ils ont exprimé des versions de l'adaptateur de souris chez les mouches, mais le capteur est resté brillant, indiquant que les protéines de mammifères ne pouvaient pas détruire le capteur de la mouche. Même en ajoutant l'enzyme COP1 de souris au mélange, les adaptateurs de souris ne parvenaient toujours pas à fonctionner, suggérant que les protéines de souris et le capteur de la mouche sont incompatibles.

Cela a conduit l'équipe à étudier la structure unique de la queue de l'adaptateur de la mouche. Ils ont découvert que la version de la mouche est dépourvue du site de liaison spécifique pour l'enzyme COP1 présent chez les mammifères. Au lieu de cela, la protéine de la mouche possède une queue plus longue avec une séquence d'acides aminés différente. En supprimant systématiquement des parties de cette queue, ils ont découvert qu'une région spécifique, contenant une courte séquence de quatre acides aminés, était critique pour la fonction de la protéine. Lorsqu'ils ont muté cette séquence spécifique, l'adaptateur a perdu sa capacité à détruire le capteur, et la lumière est restée brillante. Cette découverte suggère que l'adaptateur de la mouche utilise un mécanisme unique pour recruter la machinerie de destruction, un mécanisme qui ne repose pas sur l'enzyme COP1 utilisée par les mammifères.

L'étude met en lumière une divergence fascinante de l'évolution. Bien que la fonction de base de ces protéines adaptatrices — reconnaître une cible et la marquer pour la destruction — soit conservée chez les animaux, les outils spécifiques qu'elles utilisent pour accomplir cette tâche ont changé. Chez les mammifères, l'adaptateur dépend d'une interaction spécifique avec l'enzyme COP1. Chez la mouche, l'adaptateur a évolué vers une stratégie différente, utilisant un motif unique dans sa queue pour parvenir au même résultat. Cette découverte offre non seulement un nouvel outil aux scientifiques pour étudier ces protéines dans des organismes vivants, mais approfondit également notre compréhension de la manière dont la machinerie moléculaire peut faire évoluer différentes solutions à un même problème biologique. Le capteur FUTTI offre un moyen visuel clair de suivre ces activités, ouvrant la voie à de nouvelles recherches sur la façon dont ces protéines influencent le développement et les maladies dans une large gamme d'espèces.