$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Comprendre les détails moléculaires des interactions protéine-protéine est essentiel pour délimiter les mécanismes de transduction du signal des processus biologiques, en particulier ceux qui contribuent à des maladies cliniquement importantes. Au cours des dernières années, l’affichage des phages a été utilisé comme une méthode pratique et accessible pour isoler les protéines / peptides avec une liaison beaucoup améliorée à une protéine cible souhaitée1,2,3,4, qui à son tour peut être utilisée comme sonde intracellulaire des interactions protéine-protéine.
L’ubiquitination est une cascade d’activités enzymatiques (enzyme activatrice E1 → enzyme conjuguante E2 → ligas E3) qui conjuguent de manière covalente l’ubiquitine (Ub) aux substrats protéiques pour les cibler pour la dégradation ou pour arbitrer les changements de signalisation cellulaire. De plus, les déubiquitinases catalysent l’élimination de l’ubiquitine des protéines. Par conséquent, dans les cellules, il existe des milliers d’interactions protéine-protéine dépendantes de l’Ub, dont la grande majorité reconnaît une surface commune avec une faible affinité mais une spécificité élevée pour permettre des interactions faibles à travers des surfaces grandes et diverses.
Ernst et al. ont introduit des mutations dans des régions de liaison connues d’Ub afin de voir si elles pouvaient améliorer l’affinité de liaison pour une protéine d’intérêt tout en maintenant une sélectivité élevée5. Une bibliothèque combinatoire de plus de 10 milliards (7,5 x 1010) de variantes Ub (UbV) avec des mutations à des positions à travers la surface Ub qui médient les interactions Ub-protéine connues a été développée. Cette bibliothèque était composée de phagémides qui expriment la protéine de la couche de bactériophage PIII M13 fusionnée à des UbV diversifiés. Par conséquent, les UbV individuels peuvent être affichés à la surface du phage via la protéine de la couche lors de l’expression. Au cours du processus de sélection, les phages qui présentent des UbV avec des interactions de liaison considérables avec la protéine cible seront conservés et enrichis dans les cycles suivants d’affichage des phages, tandis que les phages affichant des UbV qui se lient mal à la protéine cible sont lavés et retirés du pool de phages. Les particules de phage retenues contiennent le phagémide correspondant à leur UbV affiché, ce qui leur permet d’être séquencées et caractérisées une fois isolées.
En utilisant cette stratégie d’ingénierie des protéines, des inhibiteurs de l’UbV ont été développés pour les déubiquitinases5 humaines et les protéases virales6. Il est important de noter que nous avons généré des UbV inhibiteurs pour les ligas E3 de la famille HECT humaine en détournant le site de liaison E2 et en activant les UbV qui occupent un exosite de liaison Ub sur le domaine HECT7. Nous pouvons également inhiber les E3 monomères de la famille RING en ciblant le site de liaison E2 et induire la dimérisation UbV pour activer l’anneau homodimérique E3s8. Pour les RING E3 multi-sous-unités, les UbV peuvent provoquer une inhibition en ciblant la sous-unité RING (par exemple, pour le complexe APC/C9) ou en perturbant la formation de complexes (par exemple, pour SCF E3s10). Collectivement, les UbV peuvent être exploités pour interroger systématiquement les interactions protéine-protéine dans le système Ub-protéasome (UPS) afin que nous puissions mieux déchiffrer les mécanismes biochimiques des enzymes UPS et identifier et valider les sites fonctionnels pour une intervention thérapeutique.
Le protocole suivant décrit comment utiliser une bibliothèque UbV affichée par un phage précédemment générée pour cibler une protéine d’intérêt et comment enrichir les liants UbV qui interagissent avec la protéine cible à travers des cycles successifs d’affichage des phages.