Projet ANR-10-BLAN-1611 – PalMyProt : Approche fonctionnelle intégrée des protéomes S-Palmitoylés et N-Myristoylés chez Arabidopsis
Programme : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes :  Génomique, génomique fonctionnelle, bioinformatique, biologie systémique (Blanc SVSE 6)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Thierry Meinnel (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR SUD)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Université Paris-Sud
Montant : 563160.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Espace et fonction de deux modifications lipidiques majeures des extrémités N des protéinesCette analyse s’inscrit dans le cadre de l’étude de la spéciation des protéines, une nouvelle approche de biologie des systèmes qui consiste à identifier pour chaque protéine l’ensemble des espèces et de les relier à un critère fonctionnel.
Vers une utilisation du protéome lipidé comme marqueur de la physiologie cellulaireCe projet se propose d’investiguer l’espace et la fonction de deux modifications lipidiques majeures affectant les N-termini des protéines, la N-Myristoylation (MYR) et la S-palmitoylation (PAL) en intégrant deux double-niveaux d’analyse (i) un niveau descriptif global au niveau du protéome et un niveau plus focalisé et détaillé pour un nombre restreint de cibles choisies inédites et (ii) une analyse à la fois qualitative et quantitative de type biologie des systèmes de l’impact physiologique de ces modifications. MYR et PAL sont connues pour être (i) le plus souvent induites co-traductionnellement après coupure de la première méthionine des protéines, (ii) sont fréquemment associées en tandem et (iii) impliquées dans des voies de transduction de signal comme c’est le cas ddes protéines kinases. L’étude portera sur le modèle Arabidopsis thaliana, un organisme particulièrement riche en ce type de modifications, selon les analyses bio-informatiques qu’une étude pilote préalable du partenaire 1 a révélé récemment.
Analyse protéomique des protéines N-lipidéesDes approches de protéomique impliquant spectrométrie de masse à haute résolution avec ou sans sélection des molécules modifiées, des « peptides arrays » et de la biologie cellulaire basée sur des fusions avec la GFP de certains de ces peptides seront mises en place. Une seconde méthodologie sera basée sur la focalisation sur quelques cibles ou familles de cribles originales avec pour objectif d’illustrer précisément les aspects quantitatifs et fonctionnels. Dans ce cadre, nous choisirons des familles caractérisées par l’implication ou non de chacun des deux signaux.
Résumé de la soumission : N-Myristoylation (MYR) et S-palmitoylation (PAL) sont reconnues comme deux modifications des protéines permettant d’induire des changements majeurs de localisation et d’activité physiologique des protéines dans les cellules, et d’agir généralement au cœur des voies de transduction de signal. PAL est le principal signal impliqué dans la régulation du système, mais il en existe d’autres compensant pour son absence. Nous souhaitons mettre en place une stratégie d’analyse globale qualitative de ces modifications et d’y inclure une dimension quantitative afin de mieux relier le concept de modification à la fonction, ainsi qu’initier ainsi une analyse du système mettant en jeu ces modifications majeures. Un premier niveau du projet consiste à réaliser un catalogue de ces modifications chez un organisme bien adapté, la plante Arabidopsis thaliana. Pour ce faire, des approches de protéomique impliquant spectrométrie de masse à haute résolution après sélection des molécules modifiées, des « peptides arrays » et de la biologie cellulaire basée sur des fusions avec la GFP seront mises en place. Un second volet sera basé sur la focalisation sur quelques cibles ou familles de cribles originales avec pour objectif d’illustrer précisément les aspects quantitatifs et fonctionnels. Dans ce cadre, nous choisirons des familles caractérisées par l’implication ou non de chacun des deux signaux.
Résultats : Notre approche comportait trois volets. Le premier volet consistait à décrire l’existence de protéines présentant les modifications lipidiques recherchées en utilisant des approches protéomiques. Nous avons réussi à mettre en évidence plus de 40% des protéines prédites comme myristoylées en fractionnant le protéome de la plante Arabidopsis thaliana en plusieurs sous-protéomes et en exposant la plante à différentes conditions de croissance. Le fait marquant principal a été de mettre en évidence un ion caractéristique de 268 Da signant la modification et permettant pour la première fois de mettre en évidence directement la modification par une approche à grande échelle.
Dans un second volet, nous avons recherché à identifier les protéines potentiellement myristoylées par un test in vitro. Une analyse a été réalisée sur la moitié des protéines potentielles ciblées chez A. thaliana. Il en ressort que plus 700 soit près de 3% du protéome subissent cette modification, un chiffre inattendu. Nous avons ensuite corrélé cette observation au niveau fonctionnel en fusionnant ces peptides à la GFP et en observant in cellulo où la modification repositionnait la fluorescence de la GFP. Nous avons pu montrer deux localisations, réticulum en absence de cystéine et membrane plasmique en présence d’une ou plusieurs cystéines.
Dans un dernier volet, nous nous sommes concentrés sur plusieurs types de protéines, les thiorédoxines h en particulier pour démontrer que ces protéines acquièrent une bi-localisation aux membranes en fonction de leur lipidation.
Perspectives : Les protéines lipidées jouent un rôle fondamental dans l’adaptation des organismes au stress. Nous souhaitons mesurer ces protéines et identifier grâce à ces mesures si un organisme subit un stress et le type de stress auquel il est soumis. Nous souhaitons aussi transférer les connaissances acquises sur le modèle plante à d’autres types d’organismes, homme, petit mammifère, insectes, ver, poisson, levure… Enfin, nous souhaitons augmenter notre couverture du nombre de protéines lipidées. Une approche dite MRM sera démarrée pour les mettre en évidence et également obtenir une mesure quantitative précise du processus et plus essentiellement qualitative de la mesure de séries de protéines lipidées jouant des rôles majeurs dans la transduction de signal en réponse aux stress biotiques ou abiotiques.
Publications et brevets : 2 publications soumises
1 présentation orale internationale invitée
1 présentation orale nationale invitée
1 présentation par affiche