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La compréhension des interactions entre les enzymes et leurs cibles est devenue un domaine de recherche de plus en plus intéressant en raison de sa nécessité dans la caractérisation biologique des voies contrôlant l’homéostasie cellulaire et le développement de la maladie 1,2. Les enzymes sont responsables de la catalyse de nombreuses réactions qui maintiennent la vie biologique, contrôlant les voies nécessaires telles que le métabolisme cellulaire 3,4, la signalisation5 et même des processus fondamentaux comme la réparation du génome 6,7. En raison de leur rôle dans ces processus, leurs interactions jouent également un rôle dans le développement de nombreuses maladies, car des déviations dans leur activité peuvent provoquer une dérégulation sévère de l’activité cellulaire, provoquant l’apoptose ou la prolifération de cellules cancéreuses nocives2. L’étude de l’activité enzymatique a eu des applications importantes dans le développement de nouvelles thérapies 8,9, nécessitant des dosages adaptés à chaque interaction enzyme-substratspécifique 10. De multiples essais enzymatiques ont été établis comme protocoles standard pour l’évaluation et la caractérisation de ces interactions. Les essais mis au point pour analyser les interactions enzymatiques sont classés en essais de détection qui surveillent la liaison pour l’activation/inhibition11 ou en essais qui surveillent la modification du substrat par les enzymes12.
L’un des rôles majeurs des enzymes est la régulation du comportement cellulaire. La transduction du signal, c’est-à-dire la réponse intracellulaire d’une cellule à un déclencheur extracellulaire13, est responsable de la survie et de la fonctionnalité cellulaires. La prolifération cellulaire, la différenciation et de nombreux autres processus fonctionnels impliquent tous des voies de signalisation avec des interactions enzymatiques qui les régissent14,15. Les enzymes catalysent les modifications post-traductionnelles, qui modulent souvent les réseaux de signalisation massifs responsables de la transmission correcte des messages extracellulaires16. La phosphorylation des protéines est la modification post-traductionnelle la plus courante, omniprésente dans la signalisation cellulaire et de multiples autres voies cellulaires. Par conséquent, les protéines kinases sont apparues comme une proportion importante des cibles thérapeutiques potentielles en raison de leur rôle régulateur critique17. Les phosphatases sont les molécules modulatrices naturelles des complexes de signalisation cellulaire à base de phosphate18,19, ayant la capacité d’éliminer les résidus de phosphate de leurs protéines cibles20. Au cours de la dernière décennie, les phosphatases sont devenues une cible thérapeutique majeure pour le traitement du cancer21 et des maladies inflammatoires22 en raison de leur implication dans la régulation des voies de signalisation en aval dans plusieurs types de cellules. Ensemble, les protéines kinases et les phosphatases fournissent un large éventail d’interactions, qui peuvent être étudiées grâce au développement de protocoles de dosage enzymatique spécifiques.
L’affichage de la surface de la levure a été utilisé comme outil pour la caractérisation et l’évaluation de l’activité enzymatique23,24. Il fournit une plate-forme à haut débit pour le criblage des processus de modification post-traductionnelle lorsqu’il est combiné à des stratégies de séquestration du réticulum endoplasmique25,26. Cela permet aux paires kinase-substrat d’être co-localisées et conservées dans le réticulum endoplasmique en se liant aux récepteurs KDEL27, où la phosphorylation du substrat peut se produire à des taux accrus en raison de la proximité entre les kinases et leurs cibles. La liaison du récepteur KDEL est médiée par une séquence de rétention du réticulum endoplasmique Fehdel C-terminale qui s’est avérée avoir une capacité de rétention plus forte que les autres séquences HDEL25,28. Le substrat phosphorylé est ensuite ancré à la surface de la levure pour son évaluation ultérieure par cytométrie en flux29. À l’heure actuelle, il n’existe aucun protocole généralisable établi pour la modification enzymatique des substrats affichés à la surface de la levure. Nous élargissons les capacités d’affichage de la surface de la levure en tirant parti des variantes de substrat phosphorylées exprimées extracellulairement et en les modifiant par déphosphorylation par leur phosphatase connue. L’analyse par cytométrie en flux fournit ensuite une plate-forme pour l’évaluation phénotypique des substrats susmentionnés par la mesure des altérations de la médiane de phosphorylation à la suite de l’incubation avec la phosphatase connue. Il s’agit d’une méthode adaptable pour la modification post-traductionnelle des protéines affichées en surface, tout en fournissant une méthode pour l’analyse de la modification enzymatique des interactions lors de l’utilisation de la plate-forme d’affichage de surface de levure.
Nous présentons des techniques pour le développement et l’application d’un test de modification enzymatique qui décrit l’introduction d’une interaction kinase-substrat dans la plate-forme d’affichage de surface de la levure, la co-incubation du substrat phosphorylé exprimé avec une phosphatase recombinante, et l’analyse ultérieure de l’activité de déphosphorylation par cytométrie en flux. Dans ce rapport, cela est accompli en co-localisant le domaine cytoplasmique de CD28 avec la kinase lymphocytaire (LCK) dans le réticulum endoplasmique de la levure, suivi de l’affichage du CD28 phosphorylé à la surface de la levure et de la déphosphorylation ultérieure par la phosphatase-2 contenant le domaine d’homologie Src 2 (SHP-2). Un anticorps anti-phosphotyrosine (4G10 dans cette étude), qui détecte les résidus de tyrosine phosphorylés dans une grande variété de séquences peptidiques, est utilisé pour quantifier le niveau de phosphorylation en fonction du traitement à la phosphatase. Le processus détaillé fournit une approche généralisable pour étudier les interactions enzyme-substrat ; Une manière prospective d’étudier les enzymes et les substrats de manière purifiée.