Interférence de l’activité du CDK2 sur les signaux des KTR de l’ERK et de la p38 et méthodes de correction

Récemment, un article publié dans Cell Systems par Timothy E. Hoffman, Chengzhe Tian, Varuna Nangia et al. a révélé l’interférence de la kinase dépendante du cycle cellulaire 2 (CDK2) sur les rapporteurs de translocation de kinase (KTR) dans les voies de signalisation de l’ERK (kinase régulée par les signaux extracellulaires) et de la p38. L’étude propose également des méthodes computationnelles pour éliminer ces interférences. Cette recherche offre non seulement une nouvelle perspective pour comprendre la complexité de la signalisation cellulaire, mais fournit également des outils et des méthodes essentiels pour les études futures.

Contexte de la recherche

La voie MAPK (kinase activée par les mitogènes) joue un rôle crucial dans la croissance, la différenciation et la survie des cellules. Les voies de signalisation de l’ERK et de la p38 répondent respectivement aux facteurs de croissance et au stress, régulant ainsi la prolifération cellulaire et les réponses au stress. Pour surveiller en temps réel l’activité de l’ERK et de la p38, les chercheurs ont développé un système de rapporteurs de translocation de kinase (KTR) qui reflète l’activité des kinases par la translocation de protéines fluorescentes entre le noyau et le cytoplasme. Cependant, des études récentes ont montré que ces systèmes KTR pourraient être affectés par d’autres kinases, notamment la CDK2. La CDK2, une kinase clé dans la régulation du cycle cellulaire, voit son activité augmenter progressivement au cours du cycle, ce qui pourrait conduire à une mauvaise interprétation des signaux KTR.

Bien que les chercheurs aient reconnu que les systèmes KTR pourraient souffrir d’interférences croisées, les études précédentes se sont principalement concentrées sur l’interférence de la CDK1. L’interférence de la CDK2 n’avait pas été suffisamment étudiée, en particulier dans des conditions où la voie MAPK est complètement inhibée, et où un signal résiduel persiste dans le KTR de l’ERK. L’objectif de cette étude était de révéler l’interférence de la CDK2 sur les signaux des KTR de l’ERK et de la p38 et de proposer des méthodes computationnelles pour éliminer ces interférences.

Auteurs et informations de publication

Cette étude a été dirigée par l’équipe de Sabrina L. Spencer de l’Institut de biochimie et des biofrontières de l’Université du Colorado à Boulder, avec la collaboration de chercheurs de l’École de médecine de l’Université Johns Hopkins et de Genentech. L’article a été publié dans la revue Cell Systems le 15 janvier 2025, sous le titre CDK2 Activity Crosstalk on the ERK Kinase Translocation Reporter Can Be Resolved Computationally.

Déroulement de la recherche

Conception expérimentale et méthodes

1. Construction des modèles cellulaires
   L’équipe de recherche a d’abord construit des cellules de mélanome A375 mutées BRAF V600E exprimant DHB-mCherry (rapporteur de la CDK2) et Elk1-mClover (KTR de l’ERK). Ces cellules exprimaient également H2B-miFP (marqueur nucléaire) pour la segmentation des noyaux et le suivi des cellules individuelles. Grâce à l’imagerie en temps réel, les chercheurs ont pu quantifier les changements du signal KTR de l’ERK.

2. Traitements médicamenteux et observation des signaux
   Les chercheurs ont traité les cellules A375 avec du Dabrafenib (inhibiteur de BRAF) et ont observé une baisse rapide du signal KTR de l’ERK, mais ont remarqué qu’un signal résiduel persistait. Pour valider ce phénomène, ils ont traité les cellules avec du Trametinib (inhibiteur de MEK) et du SCH772984 (inhibiteur de l’ERK), et ont constaté que le signal résiduel persistait. Cela suggère que, même lorsque la voie MAPK est complètement inhibée, un signal résiduel du KTR de l’ERK subsiste.

3. Validation avec des inhibiteurs de la CDK2
   Pour vérifier si le signal résiduel provenait de l’interférence de la CDK2, les chercheurs ont traité les cellules avec les inhibiteurs sélectifs de la CDK2 PF3600 et PF4091, et ont constaté que le signal résiduel était complètement éliminé. Cela prouve que le signal résiduel est bien dû à l’interférence croisée de la CDK2.

4. Validation avec un capteur FRET
   Pour approfondir cette découverte, les chercheurs ont utilisé un capteur FRET (transfert d’énergie par résonance de fluorescence) amélioré, EKARen5, qui avait été modifié pour réduire la sensibilité à la CDK1. Les résultats ont montré que le capteur EKARen5 n’était pas affecté par la CDK2, confirmant ainsi l’interférence de la CDK2 sur le signal KTR de l’ERK.

5. Étude de l’interférence sur le KTR de la p38
   Les chercheurs ont également testé le KTR de la p38 et ont découvert qu’il était également affecté par la CDK2. En utilisant des inhibiteurs de la CDK2, ils ont réussi à éliminer le signal résiduel du KTR de la p38.

6. Développement de méthodes computationnelles
   Pour éliminer l’interférence de la CDK2 sur les signaux des KTR de l’ERK et de la p38, les chercheurs ont développé des méthodes de correction linéaires et non linéaires. Ces méthodes soustraient le signal de la CDK2 des signaux des KTR de l’ERK et de la p38, permettant une quantification plus précise de l’activité de la MAPK.

Principaux résultats

1. Signal résiduel du KTR de l’ERK après inhibition de la MAPK
   Lorsque la voie MAPK était complètement inhibée, un signal résiduel du KTR de l’ERK persistait, un phénomène fortement corrélé à l’activité de la CDK2.

2. Élimination du signal résiduel par des inhibiteurs de la CDK2
   En utilisant les inhibiteurs sélectifs de la CDK2 PF3600 et PF4091, les chercheurs ont réussi à éliminer le signal résiduel du KTR de l’ERK, confirmant l’interférence de la CDK2.

3. Absence d’interférence de la CDK2 sur le capteur EKARen5
   Le capteur FRET amélioré, EKARen5, n’a pas été affecté par la CDK2, démontrant que les modifications du capteur peuvent éviter l’interférence croisée de la CDK2.

4. Interférence de la CDK2 sur le KTR de la p38
   Le signal du KTR de la p38 était également affecté par la CDK2, mais cette interférence a été éliminée par des inhibiteurs de la CDK2.

5. Correction computationnelle de l’interférence de la CDK2
   Les chercheurs ont développé des méthodes de correction linéaires et non linéaires permettant de soustraire le signal de la CDK2 des signaux des KTR de l’ERK et de la p38, obtenant ainsi une quantification plus précise de l’activité de la MAPK.

Conclusion de la recherche

Cette étude a révélé l’interférence de la CDK2 sur les signaux des KTR de l’ERK et de la p38 et a proposé des méthodes computationnelles pour éliminer ces interférences. Cette découverte offre non seulement une nouvelle perspective pour comprendre la complexité de la signalisation cellulaire, mais fournit également des outils et des méthodes cruciaux pour les recherches futures. En améliorant les capteurs et en développant des méthodes computationnelles, les chercheurs peuvent surveiller avec plus de précision l’activité de l’ERK et de la p38, favorisant ainsi des avancées dans l’étude de la signalisation cellulaire.

Points forts de la recherche

1. Interférence de la CDK2 sur les signaux KTR
   Cette étude est la première à révéler systématiquement l’interférence de la CDK2 sur les signaux des KTR de l’ERK et de la p38, comblant ainsi une lacune dans les recherches précédentes.

2. Amélioration du capteur FRET
   Le capteur FRET amélioré, EKARen5, a montré sa capacité à éviter l’interférence de la CDK2, ouvrant de nouvelles perspectives pour la conception de capteurs.

3. Innovation dans les méthodes computationnelles
   Les méthodes de correction linéaires et non linéaires développées par les chercheurs offrent une solution efficace pour éliminer les interférences croisées dans les signaux KTR, avec un large potentiel d’application.

Importance de la recherche

Cette étude a une importance scientifique majeure et fournit de nouvelles approches technologiques pour l’étude de la signalisation cellulaire. En révélant l’interférence de la CDK2 sur les signaux KTR, les chercheurs peuvent surveiller avec plus de précision l’activité de l’ERK et de la p38, offrant ainsi de nouveaux outils pour la recherche sur la régulation du cycle cellulaire, le traitement du cancer et d’autres domaines. En outre, les capteurs améliorés et les méthodes computationnelles ouvrent la voie à des recherches futures.

Cette étude résout non seulement le problème des interférences croisées dans les systèmes KTR, mais ouvre également de nouvelles directions pour l’étude de la signalisation cellulaire. En améliorant et en optimisant les outils de recherche, les scientifiques pourront approfondir leur compréhension des mécanismes complexes de la signalisation cellulaire, fournissant ainsi un soutien théorique essentiel pour le traitement des maladies et le développement de nouveaux médicaments.