Capturer une protéine géante : cinq nouvelles façons d’attraper la huntingtine

La maladie de Huntington (MH) est causée par une modification d’un seul gène connu sous le nom de huntingtine. Ce gène contient les instructions pour fabriquer la protéine huntingtineProtéine huntingtine La protéine produite par le gène MH.. Bien que plus de trois décennies se soient écoulées depuis la découverte du gène de la MH, les scientifiques essaient toujours de comprendre exactement ce que fait la protéine huntingtineProtéine huntingtine La protéine produite par le gène MH. dans les cellules saines, et comment la version MH cause la maladie.

L’une des raisons pour lesquelles les progrès ont été si lents est que la huntingtine est vraiment difficile à étudier. Elle est énorme, elle est repliée de manière compliquée, et les outils dont disposaient les scientifiques n’étaient pas très efficaces pour l’attraper. Dans une nouvelle étude, une équipe du Canada et du Japon a créé de tout nouveaux outils chimiques : de minuscules anneaux de protéines appelés macrocycles qui peuvent attraper la huntingtine à cinq endroits différents. Alors qu’ont-ils créé, qu’ont-ils appris, et pourquoi est-ce important pour la MH ?

Une protéine géante difficile à voir

Pour comprendre le défi, il est utile d’imaginer la huntingtine. Si la plupart des protéines sont comme des appareils ménagers ordinaires avec une seule fonction, la huntingtine ressemble davantage à une cuisine complète – conçue pour prendre en charge de nombreuses tâches différentes à la fois.

C’est une très longue chaîne qui se replie en deux grosses masses reliées par un pont flexible. La modification génétique qui cause la MH se trouve tout au début de la protéine huntingtineProtéine huntingtine La protéine produite par le gène MH., où un court segment répétitif (composé d’un élément constitutif appelé glutamineGlutamine Bloc de construction d'acides aminés qui se répète trop souvent au début de la protéine huntingtine mutante) devient anormalement étendu. Les gens ont généralement environ 20 à 35 de ces glutamines ; dans la MH, ce nombre dépasse 35 et peut atteindre 50, 80 ou plus.

La huntingtine a beaucoup de fonctions dans le corps. Elle aide à déplacer des choses à l’intérieur des cellules, permet aux cellules de se diviser et nettoie les déchets. Mais nous ne savons pas exactement comment elle fait tout cela.

Nous savons une chose avec certitude : la huntingtine a un meilleur ami appelé HAP40, une protéine plus petite qui s’y attache, connue comme un partenaire de liaison. Jusqu’à présent, HAP40 a été le seul partenaire de liaison pour lequel les scientifiques ont une image structurelle détaillée. Déterminer ce que fait d’autre la huntingtine, et avec qui, a été limité par le manque d’outils précis et spécifiques pour l’attraper.

Construire des grappins moléculaires

Pour créer de meilleurs outils, les scientifiques ont utilisé un système astucieux appelé RaPID. Imagine RaPID comme une énorme soirée de speed-dating entre de minuscules peptides (petits morceaux de protéines) et la huntingtine. L’équipe a créé une collection super-géante d’environ mille milliards de peptides différents – c’est 1 suivi de 12 zéros !

Chaque peptide était plié en anneau fermé, un peu comme un élastique. Une forme en boucle ou repliée peut s’accrocher aux choses plus facilement qu’un brin droit, comme un trombone plié peut s’accrocher aux objets, tandis qu’un fil droit glisse simplement.

Chaque petit anneau de peptide avait sa propre étiquette (faite d’ADN) attachée. Donc, quand un anneau était lié à la huntingtine, les scientifiques pouvaient lire son étiquette et savoir exactement quel peptide c’était. Ils ont fait plusieurs tours de « pêche » pour exposer la collection d’anneaux de peptides à la huntingtine, soit seule, soit liée à son ami HAP40. Ils ont réduit le groupe aux plus collants seulement, et cinq anneaux de peptides sont apparus comme les meilleurs liants de huntingtine : HL2, HL5, HD4, HHL1 et HHD3.

Voir exactement où chaque anneau de peptide s’attache

Trouver des anneaux de peptides qui s’attachent à la huntingtine n’est que la première étape. Ensuite, les scientifiques voulaient savoir où chacun attrapait la huntingtine, et avec quelle force. Ils ont utilisé trois méthodes astucieuses pour le découvrir :

• Des tests qui mesurent la force avec laquelle les anneaux s’accrochent. Les cinq anneaux s’accrochaient vraiment fermement, assez fort pour être des outils utiles, et peut-être même un point de départ pour des médicaments potentiels qui pourraient pêcher la huntingtine toxique.
• Une méthode appelée HDX-MS qui montre quelles parties d’une protéine sont recouvertes quand un anneau s’y attache. Quand un anneau se fixe à la huntingtine, il protège certains endroits, laissant une « empreinte » qui aide les scientifiques à déterminer où l’anneau se pose.
• La microscopie cryo-électronique (cryo-EM), qui est un microscope super-puissant qui gèle les protéines et fait des images 3D si nettes que tu peux voir des atomes individuels. (Oui, c’est aussi cool que ça en a l’air.) Cela a montré les contacts exacts que chaque peptide fait avec la protéine huntingtineProtéine huntingtine La protéine produite par le gène MH..

Voici ce qu’ils ont trouvé : deux anneaux (HL2 et HD4) attrapent la huntingtine à des endroits éloignés de son meilleur ami HAP40.

Deux autres anneaux (HHL1 et HHD3) ne fonctionnent que quand HAP40 est là, se glissant dans une petite poche juste entre les deux amis et se repliant en forme de chiffre 8 pour s’adapter.

Le dernier anneau (HL5) n’aime la huntingtine que quand elle est seule, sans HAP40.

Et voici un point important : les cinq anneaux attrapaient la huntingtine saine et la huntingtine étendue tout aussi bien, ce qui est particulièrement utile dans un outil conçu pour étudier la protéine dans les cellules saines et malades.

Pêcher les amis de la huntingtine dans de vraies cellules

Les outils utiles doivent fonctionner dans la vraie vie, pas seulement dans des tubes à essai. Donc les scientifiques ont ajouté un petit crochet (appelé biotine) à leurs anneaux de peptides, comme un hameçon sur une ligne. Les scientifiques ont utilisé ces peptides comme appât pour voir s’ils pouvaient attraper la huntingtine dans des cellules humaines cultivées dans des boîtes, avec tout ce qui s’y accrochait.

Un ami de la huntingtine s’est démarqué bien au-dessus des autres – HAP40. Il est apparu encore et encore, dans chaque type de cellule que les scientifiques ont essayé, y compris les cellules ressemblant au cerveau qui sont similaires à celles endommagées dans la MH. Même dans les cellules avec des répétitions CAG plus longues (comme Q45 ou Q81), la huntingtine avait toujours HAP40 attaché.

Plus de 3 000 autres protéines ont été signalées comme touchant la huntingtine, mais cette expérience montre que HAP40 est celle qui est vraiment là tout le temps. Cela suggère fortement que la huntingtine et HAP40 fonctionnent comme une seule unité la plupart du temps, et la forme « réelle » de la huntingtine à l’intérieur des cellules pourrait presque toujours être la paire huntingtine-HAP40.

Pourquoi c’est important pour la maladie de Huntington

Ces nouveaux anneaux ne sont pas encore des médicaments, et les scientifiques font attention à ne pas dire qu’ils le sont. Mais ils ouvrent beaucoup de portes passionnantes.

Premièrement, ils fonctionnent aussi bien que les outils que les scientifiques utilisaient avant pour s’attacher et visualiser la huntingtine (appelés anticorps), mais ils sont plus petits, moins chers, et peuvent attraper de nombreuses parties différentes de la huntingtine, pas seulement une. Ils sont aussi assez petits pour pouvoir se glisser à l’intérieur de cellules vivantes et se lier à la huntingtine, ce que les anticorps actuels ne peuvent pas faire. Cela permettrait aux scientifiques d’étudier la huntingtine à l’intérieur de cellules vivantes de manières qui sont actuellement impossibles.

Deuxièmement, les images 3D haute résolution de ces anneaux de peptides s’attachant à la huntingtine sont comme des plans pour la conception de futurs médicaments. Par exemple, la forme en 8 montre deux petites poches au point de rencontre huntingtine-HAP40 que les futurs médicaments pourraient viser, potentiellement pour « pêcher » la huntingtine toxique. Les anneaux pourraient aussi être utilisés comme la partie « d’accrochage » de nouveaux outils astucieux comme les PROTAC (outils qui disent à la cellule de jeter la huntingtine à la poubelle) ou les traceurs TEP qui pourraient aider les médecins à visualiser la huntingtine dans le cerveau des patients.

Troisièmement, le fait que la huntingtine soit presque toujours avec HAP40 à l’intérieur des cellules recadre la façon dont nous devrions l’aborder. Si nous voulons comprendre ce que fait la huntingtine, ou comment la réparer quand elle change et devient toxique, nous devons probablement l’étudier avec HAP40, pas toute seule. Les scientifiques ont maintenant un ensemble d’outils plus précis pour enquêter sur le mystère de savoir si la huntingtine peut fonctionner sans HAP40.

Perspectives d’avenir

Comme toute science, cet article laisse beaucoup de questions. Les anneaux attrapent la huntingtine saine et la huntingtine MH de la même manière, donc ils ne peuvent pas encore nous dire comment cibler uniquement le type nocif, ce sur quoi les chercheurs travaillent encore.

Les prochaines étapes seront de les tester à l’intérieur d’animaux vivants, et de les reconcevoir pour se faufiler dans les cellules. Quelques nouveaux partenaires de liaison possibles de la huntingtine ont aussi été trouvés, comme ACADVL et HEY1, pour lesquels plus de tests sont nécessaires pour confirmer.

Cette recherche donne à la communauté MH un tout nouvel ensemble d’outils pour une protéine qui a été vraiment difficile à attraper. Tout comme les microscopes incroyables ont changé ce que les scientifiques pouvaient voir, ces minuscules anneaux de peptides promettent de transformer ce que nous pouvons demander sur la fonction de la huntingtine, en santé, dans la maladie, et dans la recherche d’un remède.

Résumé

• La maladie de Huntington (MH) est causée par une modification qui rend la protéine huntingtineProtéine huntingtine La protéine produite par le gène MH. anormalement longue. Les scientifiques ne savent toujours pas complètement ce que fait cette protéine, parce qu’elle est énorme et difficile à étudier avec les outils existants.
• En utilisant un système appelé RaPID, l’équipe a testé environ mille milliards de minuscules fragments de protéines en forme d’anneau et a identifié cinq qui s’attachent fermement et spécifiquement à la huntingtine, chacun à un endroit différent et bien défini.
• Un microscope haute résolution a montré exactement comment les anneaux s’attachent à la huntingtine. Deux d’entre eux se replient même en une forme cool en 8 pour s’adapter dans une poche entre la huntingtine et son meilleur ami HAP40.
• Quand les anneaux ont été utilisés pour « pêcher » la huntingtine dans de vraies cellules humaines, ils ont presque toujours attrapé HAP40 avec elle, peu importe le type de cellule ou la longueur de la répétition CAGrépétition CAG Le segment d'ADN, situé au début du gène HD, qui contient la séquence CAG répétée de nombreuses fois, anormalement longue chez les personnes qui développeront la MH.
• Ces anneaux sont relativement bon marché, petits et flexibles, donc ils pourraient aider à créer de futurs médicaments contre la MH, des outils d’imagerie cérébrale et de nouvelles façons de détruire la huntingtine nocive.