Les méthodes conventionnelles de cartographie des interactions protéine-protéine (IPP), telles que la spectrométrie de masse de purification d’affinité (AP-MS) et les systèmes de levure-2-hybrides (Y2H), ne parviennent souvent pas à capturer des protéines de faible abondance, exprimées de manière transitoire ou liées à une membrane. Cette limitation provient de leur incapacité à reproduire les conditions physiologiques natives d’une cellule vivante 1,2,3. Pour surmonter ces défis, la PL est apparue comme une technique puissante pour la cartographie à haute résolution du protéome au niveau des sous-organites in vivo. La PL exploite la fusion d’une enzyme de promiscuité avec une protéine d’appât, permettant à l’enzyme de catalyser la formation de molécules réactives à courte durée de vie1. Ces molécules réactives, telles que la biotine, marquent de manière covalente les protéines à quelques nanomètres de la protéine de fusion4. Par la suite, les protéines biotinylées sont isolées et analysées par spectrométrie de masse pour faciliter l’identification des protéines à grande échelle 5,6.
Au cours des dernières années, diverses enzymes de promiscuité ont été développées pour faire progresser les techniques de PL. Deux enzymes largement utilisées sont la biotine ligase mutante R118G dérivée d’Escherichia coli (BioID) et l’enzyme ascorbate peroxydase 2 dérivée du pois (APEX2). BioID convertit la biotine et l’ATP en biotinyl-5'-adénylate (bioAMP)1. Cette molécule réactive se lie de manière covalente aux résidus de lysine des protéines voisines dans ± rayon de 10 nm. L’un des principaux avantages de la PL à base de BioID est l’utilisation de la biotine. Il s’agit d’une biomolécule naturelle et non toxique dans les organismes vivants, ce qui permet un marquage in vivo sûr6. Cependant, BioID présente des limites, notamment une cinétique de marquage lente (18-24 h) et l’exigence d’une température élevée (37 °C) pour une activité catalytique optimale4. Ces traits peuvent entraver son application dans l’étude des processus biologiques dynamiques. Pendant ce temps, APEX2 catalyse la formation de radicaux biotine-phénoxyle en présence de biotine-phénol et de peroxyde d’hydrogène (H2O2)7. Ces radicaux réagissent principalement avec la chaîne latérale d’acides aminés riches en électrons comme la tyrosine et peuvent également se lier à la cystéine, à l’histidine et au tryptophane8. La capacité de marquage rapide de l’enzyme peroxydase (< 1 min) est adaptée à la capture des IPP dynamiques et transitoires9. De plus, elle a une plage de détection plus large (jusqu’à 20 nm) que la biotine ligase. Cependant, le PL à base d’APEX2 présente des inconvénients, notamment la nécessité d’un agent oxydant toxique, H2O2, et la faible perméabilité de la biotine-phénol, qui limitent l’applicabilité in vivo10.
En 2018, Branon et al. ont développé une nouvelle biotine ligase appelée TurboID, une version mutante de 35 kD de BirA (la biotine ligase présente dans E. coli)4. Cette enzyme incorpore une mutation en position R118 (R118S) ainsi que 15 autres mutations par rapport à BirA. Il présente une activité catalytique deux fois plus élevée que BioID. La biotinylation induite par TurboID en 10 min produit des données protéomiques d’une taille et d’une spécificité comparables à 18 h de marquage par BioID. De plus, il présente une excellente activité d’étiquetage à 30 °C4. Par conséquent, TurboID est plus adapté à une application dans des organismes tels que la drosophile ou Caenorhabditis elegans, qui sont généralement élevés à 25 °C et 20 °C, respectivement.
Dans cette étude, nous visons à utiliser le PL basé sur TurboID pour l’étude de l’interactome dans l’ovaire de la drosophile. Les protocoles décrits ici sont utilisés pour cartographier l’interactome de Zuc dans les cellules germinales. Zuc est une endonucléase localisée sur la membrane mitochondriale externe (OMM), qui médie la biogenèse des piARN, de petits ARN non codants essentiels au maintien de l’intégrité du génome 11,12,13. En comparant les protéines biotinylées identifiées à partir de l’analyse Zuc-TurboID avec celles de deux contrôles supplémentaires, NES-TurboID et Tom20-TurboID, nous avons défini des candidats distincts interagissant avec Zuc.