Le rôle du complexe Ube3A-HERC2 dans le syndrome Angelman : structure 3D et interactomique quantitative
Ces travaux constituent le sujet de thèse d'Auguste Demenge, doctorant en première année au sein de l'équipe de Gilles Travé à l'Institut de génétique et de Biologie Cellulaire et Moléculaire, Illkirch- Strasbourg.
La protéine issue du gène Ube3A responsable du syndrome d'Angelman est une "enzyme ubiquitine (Ub)-ligase E3" qui peut marquer les protéines cellulaires avec une molécule "marqueur" appelée ubiquitine, soit pour modifier l'activité des protéines ciblées, soit pour provoquer leur destruction par une "poubelle cellulaire" spécialisée appelée le protéasome. La protéine Ube3A lie et peut être activée par HERC2, une autre Ub-ligase E3. Fait remarquable, les gènes de HERC2 et Ube3A sont situés sur la même région chromosomique (8-15q), et le gène de HERC2 est également altéré dans un rare syndrome neurodéveloppemental affectant la population "Amish" aux États-Unis. L'association Ube3A-HERC2, observée à la fois au niveau génétique et au niveau des protéines, semble donc cruciale pour la formation du cerveau, et sa perturbation conduit à des syndromes du développement neuronal.
À l'origine une équipe étudiant la cancérogénèse virale, nous nous sommes intéressés à Ube3A (aussi appelée E6AP) car elle participe également aux cancers du col de l'utérus de l'anus et de l'oropharynx induits par les papillomavirus humains (HPV). Nous avons obtenu une "structure cristallographique par diffraction aux rayons X" révélant pour la première fois les détails atomiques de l'interaction entre les protéines Ube3A et HERC2. À partir de cette structure, nous avons pu déduire que l'interaction Ube3A-HERC2 se produit chez la plupart des animaux possédant un cerveau ou au moins un système nerveux centralisé. La structure nous a également permis de prédire que HERC2 et Ube3A sont au centre d'un réseau d'interaction avec d'autres protéines, elles-mêmes associées à des maladies neurodéveloppementales et/ou connues pour leur implication dans des processus neuronaux. Nous proposons que le réseau d'interaction identifié est essentiel pour le développement du cerveau. Lorsque l'absence ou l'altération génétique de Ube3A ou de HERC2 perturbe ce réseau, le développement normal du cerveau est altéré.
Dans ce projet, nous décrypterons le complexe Ube3A-HERC2 et son réseau de régulation, par une combinaison d'approches : i) la cristallisation des protéines et la diffraction des rayons X pour obtenir une visualisation à l'échelle atomique de fragments de la protéine Ube3A, seule ou liée à des fragments d'autres protéines dont HERC2; ii) la cryo-microscopie électronique (Cryo-EM) pour pour obtenir des informations de précision atomique sur la molécule complète d'Ube3A, libre ou en interaction avec HERC2 ; iii) des tests d'interaction et de la bioinformatique pour décrire, de manière quantitative, le réseau d'interaction impliquant HERC2, Ube3A et d'autres protéines qui se lient à HERC2 ou Ube3A. Ces approches combinées devraient éclairer d'un jour nouveau les mécanismes moléculaires, au niveau des protéines et non plus seulement des gènes, de la maladie d'Angelman et d'autres syndromes du développement neuronal impliquant Ube3A et HERC2.