Projet ANR-12-BSV5-0013 – LIPKO : Knockout photoinduit de protéines
Programme : Blanc - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (Blanc SVSE 5)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Arnaud Gautier (Processus d’Activation Sélective par Transfert d’Energie Uni-électronique ou Radiatif)
Partenaires : Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie; Processus d'Activation Sélectif par Transfert d'Énergie Uni-Électronique ou Radiatif
Montant : 329879.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : Knock-out photoinduit de protéinesdéveloppement de méthodes de photocontrole dela dégradation d'une protéine cible dans le but de réguler spatiotemporellement des processus cellulaires et physiologiques dans des organismes multicellulaires
Enjeux et objectifsLa compréhension des mécanismes contrôlant les systèmes vivants dépend du développement d’outils permettant d’étudier et de contrôler des réseaux cellulaires intrinsèquement complexes. Pour atteindre une connaissance approfondie de l’organisation spatiale et temporelle de tels réseaux, des nouveaux outils de perturbations sont nécessaires. Dans ce contexte, les méthodes optiques utilisant la lumière comme mode d’actuation sont particulièrement prometteuses à cause de leur grande résolution spatiotemporelle. Les chimistes et les biologistes ont conçu des méthodes optiques pour contrôler la fonction des protéines en ciblant de nombreux mécanismes cellulaires impliqués dans la régulation des gènes. Cependant, de manière surprenante, la dégradation des protéines, qui est un mécanisme important de la régulation de l’expression génétique a été laissée de coté. La découverte de la cascade complexe de la voie ubiquitine/proteasome a révolutionné la façon dont on pense la dégradation des protéines, et il est maintenant bien accepté que la dégradation protéique est un processus complexe, spécifique, régulé et contrôlé. Dans ce contexte, le contrôle spatiotemporel de la dégradation protéique par la lumière peut être une méthode générale pour réguler localement l’activité d’une protéine. Le but principal de ce projet est d’évaluer cette approche encore inexplorée pour photo-contrôler un réseau cellulaire. Nous proposons de concevoir des voies de dégradation artificielles contrôlées par la lumière afin de réguler spatiotemporellement le niveau d’une protéine. Ces voies artificielles ont le potentiel de permettre la dégradation d’une large gamme de protéines, indépendamment de leur fonction et de leur structure. Le but à long terme est de fournir des méthodes optiques permettant d’interroger, de disséquer et de comprendre des réseaux cellulaires et des processus physiologiques dans des organismes multicellulaires.
Méthodes et approchesPour concevoir des voies de dégradation photoactivables, deux approches complémentaires sont envisagées, toutes les deux basées sur l'idée d'utiliser une activation lumineuse plutôt qu'une modification post-traductionnelle pour contrôler de manière conditionnelle l'interaction entre la protéine cible et une ubiquitine ligase, photocontrôlant ainsi l'ubiquitination et la dégradation par le protéasome.
Résumé de la soumission : Le développement de nouvelles méthodes permettant de perturber et interroger de manière systématique des processus biologiques est indispensable pour accélérer notre compréhension du fonctionnement des systèmes vivants. Des méthodes de perturbation contrôlable par actuation lumineuse ont récemment émergé. Ces technologies sont  particulièrement puissantes ; elles permettent d’étudier des systèmes biologiques avec une grande résolution spatiotemporelle à l’échelle cellulaire et subcellulaire. Dans ce projet, nous souhaitons développer des méthodes de photocontrole de la fonction d’une protéine cible, afin de pouvoir réguler spatiotemporellement des processus cellulaires et physiologiques dans des organismes multicellulaires (e.g. embryon de poisson zèbre). Pour réaliser cela, nous proposons de développer des voies de dégradation cellulaires photorégulées qui peuvent être activées par la lumière afin d’induire de manière spécifique la dégradation d’une protéine cible. La déplétion phodoinduite de protéines nous permettra de rapidement et localement inactiver la fonction d’une protéine, et ainsi étudier, disséquer et comprendre un réseau cellulaire complexe en dégradant de manière spécifique une sous-unité inhibitrice ou un catalyseur. Deux stratégies vont être suivies en parallèle. La première consistera à développer une méthode alliant chimie et optogénétique. Nous développerons une voie de dégradation photoactivable composée d’une ubiquitine ligase artificielle qui peut interagir et ubiquitiner une protéine cible fusionnée à un dégron spécifique lors de la libération photoinduite d’un inducteur de dégradation, conduisant ainsi à la dégradation de la protéine. La deuxième approche sera une méthode totalement optogénétique basée sur un dégron activable par la lumière, qui intéragit avec une ubiquitine ligase artificielle seulement dans son état photoexcité, conduisant à l’ubiquitination et à la dégradation par le protéasome. Ces deux méthodes seront d’abord implémentées dans des cellules de mammifères, puis dans des embryons de poisson zèbre afin de montrer la force de telles techniques pour des études lors du développement.
Résultats : en attente
Perspectives : en attente
Publications et brevets : en attente