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Caractérisation  des  modifications  post-­‐traductionnelles  des   protéines  Ilf3  et  NF90

5-­‐  Spectrométrie  de  masse  :  Orbitrap

I. Caractérisation  des  modifications  post-­‐traductionnelles  des   protéines  Ilf3  et  NF90

 

I.  Caractérisation  des  modifications  post-­‐traductionnelles  des  

protéines  Ilf3  et  NF90  

   

Bien  que  certaines  modifications  post-­‐traductionnelles  des  facteurs  Ilf3  et  NF90  avaient   déjà  été  mises  en  évidence  lors  d’étude  de  protéomique  à  grande  échelle,  ces  dernières   n’ont  pas  été  poursuivies  par  des  analyses  fonctionnelles  (Ong  et  al.,  2004  ;  Dephoure  et  

al.,  2008  ;  Olsen  et  al.,  2010).  De  plus,  rien  ne  prouvait  que  l’ensemble  des  modifications  

avait   été   caractérisé.   De   ce   fait,   afin   de   mieux   identifier   l’origine   de   l’important   polymorphisme   des   protéines   Ilf3   et   NF90,   l’étude   exhaustive   de   leurs   modifications   post-­‐traductionnelles  a  été  entreprise.  

 

La  première  stratégie  choisie  a  été  de  purifier  les  protéines  endogènes  présentes  dans   les  cellules  HeLa.  Cependant,  ces  protéines  sont  très  faiblement  représentées  dans  cette   lignée   cellulaire,   comme   dans   les   autres   d’ailleurs.   Pour   éviter   de   rencontrer   des   problèmes  de  quantité  limitante  pour  certaines  analyses,  la  deuxième  stratégie  choisie  a   été   de   surexprimer   l’isoforme   longue   d’Ilf3   dans   ces   mêmes   cellules   HeLa.   Ainsi,   la   première   étape   a   été   de   purifier   les   protéines   endogènes   et   recombinantes   par   immunoprécipitation  à  l’aide  du  sérum  polyclonal  77  qui  reconnaît  toutes  les  isoformes   d’Ilf3   et   de   NF90,   ainsi   que   la   protéine   recombinante.   Les   protéines   purifiées   ont   été   analysées  à  partir  d’extraits  de  cellules  HeLa  témoin  ou  transfectées  avec  un  plasmide   recombinant   permettant   l’expression   de   l’isoforme   longue   d’Ilf3   fusionnée   en   N-­‐ terminal  de  la  GFP  («  Green  Fluorescent  Protein  »)  (L-­‐Ilf3-­‐GFP).    

 

Il   a   été   constaté   que   les   transfections   ont   peu   d’effet   sur   l’expression   des   protéines   endogènes   mais   entraînent   une   surexpression   d’un   facteur   2   de   l’isoforme   L-­‐Ilf3-­‐GFP   par  rapport  à  l’ensemble  des  protéines  endogènes  Ilf3  dans  l’ensemble  de  la  cellule  et   que,   selon   le   plasmide   utilisé   et   l’expérience   considérée,   le   taux   de   transfection   varie   entre  50%  et  80%  de  cellules  positives.  

Le  polymorphisme  des  protéines  recombinantes  L-­‐Ilf3-­‐GFP  a  tout  d’abord  été  étudié  par   électrophorèse   bidimensionnelle   et   comparé   avec   celui   des   protéines   Ilf3   et   NF90   endogènes  (Figure  34).  

 

Figure   34  :   Analyse   de   l’hétérogénéité   des   protéines   Ilf3   et   NF90   endogènes   ou   surexprimées.  

Immunodétection   avec   le   sérum   78   des   protéines   Ilf3   et   NF90   présentes   dans   des   cellules  HeLa  témoin  ou  transfectées  avec  le  plasmide  pEGFP-­‐N1-­‐L-­‐Ilf3  et  séparées  par   électrophorèse  bidimensionnelle.  Pour  permettre  une  visualisation  optimale  des  profils   électrophorétiques,   le   temps   d’exposition   de   chacun   des   cadrans   a   été   adapté   en   fonction  de  l’intensité  du  signal.  

   

Comme   déjà   décrit   (Larcher   et   al.,   2004  ;   Viranaïcken   et   al.,   2006),   les   protéines   endogènes  présentent  un  large  polymorphisme  au  niveau  du  point  isoélectrique  et  ce,   aussi   bien   dans   les   cellules   témoins   que   dans   celles   transfectées.   Cependant,   le   polymorphisme  des  protéines  Ilf3  recombinantes  est  beaucoup  plus  faible  que  celui  des   protéines  Ilf3  endogènes  avec  seulement  deux  spots  (Figure  34,  cadran  supérieur).   Se   souvenant   que   toutes   les   formes   courtes   et   longues   d’Ilf3   sont   présentes   dans   le   cytoplasme  et  le  nucléoplasme  mais  que  seules  les  isoformes  longues  les  plus  basiques   sont   localisées   dans   le   nucléole,   les   différences   de   niveau   d’expression,   de   localisation   subcellulaire  et  d’hétérogénéité  ainsi  que  la  prise  en  compte  du  taux  de  transfection  font   qu’il   est   possible   d’estimer   à   un   facteur   100   à   200   l’accroissement   de   la   quantité   de   protéines   L-­‐Ilf3   localisées   dans   le   nucléole   après   transfection.   Les   perturbations   entraînées   par   ce   très   fort   accroissement   pourraient   donc   être   à   l’origine   de   la   mort   cellulaire  observée  dès  24  heures  après  la  transfection  (Viranaïcken  et  al.,  2011).  

Pour   revenir   au   polymorphisme   des   formes   surexprimées,   la   forme   la   plus   basique   pourrait  correspondre  au  produit  primaire  de  traduction  et  la  plus  acide  aux  isoformes   L-­‐Ilf3-­‐GFP  ayant  subi  un  évènement  de  modification  post-­‐traductionnelle  entraînant  une   acidification   du   point   isoélectrique   comme,   par   exemple,   une   phosphorylation.   Pour   tester   cette   hypothèse,   une   analyse   par   spectrométrie   de   masse   a   été   initiée.   Les   isoformes   séparées   par   électrophorèse   monodimensionnelle   étant   trop   faiblement   représentées   pour   être   aisément   visualisées   par   coloration   au   bleu   colloïdal,   une   purification  préalable  des  protéines  d’intérêt  s’est  donc  avérée  nécessaire.  

La   surexpression   de   L-­‐Ilf3-­‐GFP   n’ayant   pas   d’effet   sur   le   niveau   d’expression   des   protéines  endogènes,  ni  sur  leur  hétérogénéité  (Figure  34),  il  a  été  décidé  de  purifier  à  la   fois  les  protéines  endogènes  et  exogènes  à  partir  des  cellules  HeLa  transfectées  avec  le   plasmide   pEGFP-­‐N1-­‐L-­‐Ilf3   ou   de   cellules   témoins   et   de   les   utiliser   par   la   suite   dans   le   cadre  de  la  recherche  des  modifications  post-­‐traductionnelles  d’Ilf3  et  de  NF90.  

 

Sur  la  base  de  cette  stratégie,  une  purification  à  grande  échelle  a  été  entreprise.  Sur  le   gel   d’électrophorèse   coloré   au   bleu   colloïdal,   la   protéine   recombinante   est   fortement   enrichie   dans   les   culots   d’immunoprécipitation   alors   que   de   plus   faibles   quantités   de   protéines  endogènes  sont  présentes  (Figure  35,  panneau  A).  

En  parallèle,  les  protéines  extraites  de  cellules  HeLa  ont  été  séparées  par  électrophorèse   monodimensionnelle,   transférées   sur   membrane   de   nitrocellulose   puis   immunodétectées   avec   un   anticorps   reconnaissant   les   isoformes   d’Ilf3   et   de   NF90   endogènes  ou  recombinantes.  Après  révélation,  la  protéine  Ilf3  endogène  est  présentée   sous  forme  d’un  doublet  (Figure  35,  panneau  B).  

     

  Figure  35  :  Purification  à  grande  échelle  des  protéines  L-­‐Ilf3-­‐GFP  et  des  protéines  Ilf3  et   NF90  endogènes.  

(A)  Coloration  au  bleu  colloïdal  des  protéines  immunoprécipitées  à  l’aide  du  sérum  77  à   partir   de   cellules   HeLa   surexprimant   L-­‐Ilf3-­‐GFP,   puis   fractionnées   par   électrophorèse   monodimensionnelle.   (B)   Immunodétection   avec   un   anticorps   dirigé   contre   les   isoformes  d’Ilf3  et  NF90  endogènes  et  L-­‐Ilf3-­‐GFP.  MM  :  marqueurs  de  masse  moléculaire   (en  kDa).  S  :  surnageant  et  C  :  culot  d’immunoprécipitation.  

   

Une   interrogation   supplémentaire   est   apparue   suite   à   la   coloration   au   bleu   colloïdal.   Alors  qu’une  seule  bande  est  immunodétectée  pour  NF90  et  un  doublet  pour  Ilf3  (Figure   35,   panneau   B),   après   coloration   au   bleu   colloïdal,   deux   bandes   sont   observées   à   la   masse  moléculaire  attendue  pour  chacune  des  protéines  (Figure  35,  panneau  A),  laissant   en   suspens   la   question   de   savoir   à   quelle   bande   correspondent   précisément   les   protéines   Ilf3   et   NF90   endogènes.   Pour   y   répondre,   les   quatre   bandes   correspondant   potentiellement  aux  protéines  endogènes  plus  celle  de  la  protéine  recombinante  ont  été   excisées.   Puis,   les   protéines   contenues   dans   chacune   ont   été   soumises   à   une   digestion   trypsique   et   les   peptides   résultants   ont   été   analysés   par   spectrométrie   de   masse.   A   l’issue   de   cette   analyse,   il   est   apparu   que,   pour   chaque   doublet,   seule   la   bande   supérieure  correspond  à  notre  protéine  d’intérêt.    

 

Les   analyses   par   spectrométrie   de   masse   (MALDI-­‐TOF)   ont   permis   d’obtenir   des   spectres   correspondant   aux   peptides   trypsiques   issus   de   la   protéine   recombinante   (Figure  36)  ou  des  protéines  endogènes  (Figure  37).  

  Figure  36  :  Spectre  de  masse  obtenu  par  MALDI-­‐TOF  des  peptides  issus  de  la  digestion   trypsique  de  la  protéine  L-­‐Ilf3-­‐GFP  (collaboration  avec  Gérard  Bolbach  et  Gilles  Clodic   de   la   plateforme   «   Spectrométrie   de   Masse   et   Protéomique  »   de   l’Institut   de   Biologie   Paris-­‐Seine  (IBPS/FR  3631)  de  l’Université  Pierre  et  Marie  Curie).  Les  flèches  violettes   représentent   des   pics   caractéristiques   de   la   protéine   L-­‐Ilf3-­‐GFP   et   celle   en   rouge   un   peptide   de   masse   non   attendue   qui,   après   confirmation   par   séquençage   par   spectrométrie  de  masse  en  tandem,  correspond  à  notre  protéine  d’intérêt  modifiée.    

  Figure  37  :  Spectres  de  masse  obtenus  par  MALDI-­‐TOF  des  peptides  issus  de  la  digestion   trypsique  des  protéines  Ilf3  et  NF90  endogènes  (collaboration  avec  Gérard  Bolbach  et   Gilles  Clodic  de  la  plateforme  «  Spectrométrie  de  Masse  et  Protéomique  »  de  l’Institut  de   Biologie  Paris-­‐Seine  (IBPS/FR  3631)  de  l’Université  Pierre  et  Marie  Curie).  Les  flèches   vertes   représentent   des   pics   caractéristiques   des   protéines   Ilf3   et   NF90   et   celles   en   rouge   un   peptide   de   masse   non   attendue   qui,   après   confirmation   par   séquençage   par   spectrométrie  de  masse  en  tandem,  correspond  à  nos  protéines  d’intérêt  modifiées.    

 

Sur   ces   spectres   de   masse,   des   pics   caractéristiques   des   protéines   d’intérêt   ont   été   repérés  par  des  flèches  violettes  pour  L-­‐Ilf3-­‐GFP  (Figure  36)  et  vertes  pour  Ilf3  et  NF90   endogènes   (Figure   37).   Le   tableau   3   regroupe   l’ensemble   des   masses   des   peptides   caractéristiques   des   protéines   Ilf3   et   NF90   obtenues   lors   de   plusieurs   expériences   indépendantes   et   dont   l’identité   a   été   confirmée   par   séquençage   en   spectrométrie   de   masse  en  tandem.  Des  pics  issus  de  l’hydrolyse  des  immunoglobulines  et  de  l’autolyse  de   la   trypsine   ont   également   été   répertoriés.   Certains   des   pics   présents   sur   ces   spectres   correspondent  à  des  peptides  qui  n’ont  pas  encore  été  attribués.  Ceci  fera  l’objet  d’une   étude   ultérieure   car   leur   analyse   est   peu   aisée   du   fait   de   problèmes   de   limitation   technique  (quantité  trop  faible,  pics  trop  proches  pour  être  séparés  afin  de  séquencer   les  peptides,  …).  

 

Ilf3/NF90 L-Ilf3-GFP IgG Trypsine

925 925 1202 842 1161 1328 1621 1045 1328 1336 1634 1940 1368 1368 1664 2211 1442 1442 2262 2227 1443 1443 2374 2283 1600 1600 2284 1909 1909 2300 2102 2102 2671 2671 3503 3503

Tableau   3  :   Liste   récapitulative   des   peptides   caractéristiques   des   protéines   Ilf3/NF90   endogènes,   de   L-­‐Ilf3-­‐GFP,   des   chaînes   lourdes   des   IgG   et   de   la   trypsine   vérifiés   par   séquençage  en  spectrométrie  de  masse  en  tandem.  

En  rouge,  sont  indiquées  les  masses  non  attendues  des  pics  obtenus  lors  des  analyses.   Pour  en  simplifier  la  lecture,  les  masses  des  peptides  ont  été  arrondies  au  Dalton  près.    

 

Par   comparaison   avec   les   masses   de   peptides   prédits   par   analyse   de   la   séquence   des   protéines,   des   pics   fléchés   en   rouge   présentant   une   masse   non   attendues   de   1336   Da   (Figure  36)  et  de  1161  Da  (Figure  37)  mais  confirmés  par  séquençage  en  spectrométrie   de   masse   en   tandem   comme   correspondant   à   nos   protéines   d’intérêt   ont   attiré   notre   attention.