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La phosphorylation des protéines : un mécanisme de régulation fondamental

Objectifs

La compréhension des relations complexes entre les divers composants et effecteurs de la cellule est un enjeu majeur pour la médecine et les biotechnologies de demain. La phosphorylation des protéines est une modification post-traductionnelle impliquée dans un très grand nombre de phénomènes cellulaires. Sa polyvalence et sa réversibilité en font un des systèmes les plus puissants de la régulation et de la signalisation. Ainsi, des mécanismes cellulaires aussi variés que le cycle cellulaire, la croissance, le métabolisme, la morphologie ou la virulence des micro-organismes sont liés à ce type de régulation. La phosphorylation des protéines par des sérine/thréonine kinases et des tyrosines kinases est relativement peu spécifique, par rapport aux His/Asp kinases des systèmes à deux composantes, et d’une grande importance biologique. L’équipe Signalisation cellulaire (UMR Micalis Inra-AgroParisTech) étudie les réseaux de phosphorylation au sein de la bactérie modèle Bacillus subtilis.

Méthodologie

Plusieurs études ont été réalisées.
- Étude et rôle de l’évolution des gènes codant pour les kinases : les Ser/Thr/Tyr kinases montrent une plasticité génétique supérieure à la moyenne des gènes procaryotes. L’équipe s’est donc attachée à rechercher un rôle pour cette possibilité d’évolution rapide.
- Étude des réseaux de phosphorylation des protéines : les Ser/Thr/Tyr kinases, de par leur spécificité élargie, forment un véritable réseau informationnel complexe. Elle peuvent s’autophosphoryler et participer à des cascades de signalisation connues, mais un grand nombre de leurs activités sont souvent considérées comme un « bruit de fond ». L’équipe a donc décidé d’étudier la pertinence de ces réactions de phosphorylation au rôle encore inconnu.
- Étude des effets biologiques de la phosphorylation des protéines par des Ser/Thr/Tyr kinases : l’équipe a choisi de rechercher de nouvelles voies de signalisation et de contrôle métabolique. D’étroites collaborations ont en outre été engagées avec des équipes de bio-informatique de l’Inra et de l’Université d’Évry-Val d’Essonne afin de mettre en place des projets de biologie des systèmes.

Résultats

L’étude du phosphoprotéome a permis d’approfondir la connaissance de nombreux phénomènes de régulation comme la modulation de l’affinité pour l’ADN de protéines régulatrices par les Ser/Thr/Tyr kinases ou la démonstration de l’implication des tyrosines kinases dans le métabolisme des acides gras poly-insaturés via la régulation de l’expression du Cyt P450. L’équipe a aussi élucidé certains mécanismes de l’implication des Ser/Thr/Tyr kinases dans la sporulation chez Bacillus subtilis et la pathogénicité chez Listeria monocytogenes. Dans un contexte plus général, il a été proposé une étude du rôle de la rapidité de l’évolution des gènes du complexe Tyr kinases dans l’adaptabilité des bactéries.

Article de référence
Derouiche A., Cousin C., Mijakovic I., 2012. Protein phosphorylation from the perspective of systems biology. Curr. Opin. Biotechnol., 23(4):585-90.

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