Découverte complète et caractérisation fonctionnelle du protéome non canonique

Contexte académique

La réalisation du projet du génome humain (Human Genome Project) a grandement contribué à notre compréhension à l’échelle du génome des processus biologiques complexes. Cependant, seulement environ 1 % du génome code pour des protéines, la majorité restante étant constituée de régions non codantes qui produisent une grande quantité d’ARN non codants (ARNnc), tels que les ARN longs non codants (ARNlnc). Ces dernières années, de plus en plus d’études ont montré que ces ARN non codants pourraient coder de nouveaux peptides et jouer un rôle important dans les activités cellulaires. Par exemple, certains peptides codés par des ARNlnc jouent un rôle clé dans la fonction physiologique musculaire, la régulation du métabolisme et la réponse immunitaire. Cependant, en raison des limitations technologiques, l’identification systématique et la caractérisation fonctionnelle de ces produits de traduction non canoniques (tels que les nouveaux peptides) restent un défi majeur.

Le cancer de l’estomac, classé comme le cinquième cancer le plus courant dans le monde, se caractérise par une hétérogénéité élevée et un manque de marqueurs de diagnostic précoce. Bien que les études de génomique, de transcriptomique et de protéomique aient révélé les caractéristiques multi-omiques du cancer de l’estomac, les recherches sur les nouveaux peptides restent limitées. Par conséquent, la découverte systématique et la caractérisation fonctionnelle de ces peptides non canoniques peuvent non seulement approfondir notre compréhension des fonctions du génome, mais aussi fournir de nouvelles perspectives pour le diagnostic et le traitement du cancer.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Chengyu Shi, Fangzhou Liu, Xinwan Su et d’autres chercheurs de plusieurs institutions, notamment l’Université du Zhejiang, le quatrième hôpital affilié de l’École de médecine de l’Université du Zhejiang et le centre de cancérologie de l’Université du Zhejiang. L’article a été publié en 2025 dans la revue Cell Research sous le titre Comprehensive discovery and functional characterization of the noncanonical proteome.

Processus de recherche

1. Identification des nouveaux peptides

L’équipe de recherche a d’abord construit une bibliothèque de référence de séquençage de peptides à haute couverture, contenant 11 668 944 cadres de lecture ouverts (ORF). Pour identifier les nouveaux peptides, ils ont utilisé la technique de spectrométrie de masse en tandem par ultrafiltration (ultrafiltration tandem mass spectrometry, MS). À travers l’analyse de tissus gastriques normaux, de tissus cancéreux gastriques et de lignées cellulaires, l’équipe a réussi à identifier 8945 peptides précédemment non annotés, dont près de la moitié provenaient d’ARN non codants.

2. Criblage CRISPR et validation fonctionnelle

Pour étudier davantage les fonctions de ces peptides, l’équipe a effectué un criblage CRISPR, identifiant 1161 peptides associés à la prolifération des cellules tumorales. Sur la base des scores de criblage, de la longueur des acides aminés et de plusieurs autres indicateurs, l’équipe a sélectionné certains peptides pour une validation fonctionnelle. Grâce à des méthodes telles que FLAG-Knockin, ils ont confirmé l’existence de ces peptides et leurs fonctions physiologiques.

3. Analyse des structures par intelligence artificielle et des réseaux d’interaction peptide-protéine

Pour mieux comprendre les mécanismes de régulation potentiels de ces peptides, l’équipe a construit un cadre basé sur la prédiction de structure par intelligence artificielle (IA) et l’analyse des réseaux d’interaction peptide-protéine. En analysant les 100 premiers peptides candidats, ils ont révélé la localisation sous-cellulaire diversifiée de ces peptides liés au cancer et leur participation à des processus spécifiques des organites.

4. Validation fonctionnelle des peptides et pertinence clinique

L’équipe a en outre validé les fonctions de quatre peptides représentatifs (PEP1-NC-OLMALINC, PEP5-NC-TRHDE-AS1, PEP-NC-ZNF436-AS1 et PEP2-NC-AC027045.3), découvrant qu’ils jouent un rôle important dans l’assemblage des complexes mitochondriaux, le métabolisme énergétique et le métabolisme du cholestérol. De plus, la dysrégulation de ces peptides est étroitement liée au pronostic clinique.

Résultats principaux

1. Identification des nouveaux peptides : Grâce à la spectrométrie de masse en tandem par ultrafiltration, l’équipe a identifié avec succès 8945 peptides précédemment non annotés, dont 4097 étaient soutenus par un seul appariement peptide-spectre de masse (PSM) et 4866 par au moins deux PSM différents. Ces peptides proviennent principalement d’ARN non codants, montrant le potentiel des ARNnc à coder des peptides fonctionnels.

2. Criblage CRISPR et validation fonctionnelle : Par le criblage CRISPR, l’équipe a identifié 1161 peptides associés à la prolifération des cellules tumorales. Des validations fonctionnelles supplémentaires ont montré que ces peptides jouent un rôle important dans la prolifération des cellules tumorales, et que leur fonction dépend de la traduction du peptide lui-même plutôt que de la transcription de l’ARNlnc hôte.

3. Analyse des structures par IA et des réseaux d’interaction peptide-protéine : Basée sur la prédiction de structure par AlphaFold2 et l’analyse des réseaux d’interaction peptide-protéine, l’équipe a révélé la localisation sous-cellulaire diversifiée de ces peptides et leur participation à des processus tels que le métabolisme cellulaire et le métabolisme énergétique. En particulier, ces peptides pourraient réguler les processus métaboliques cellulaires en interagissant avec des protéines dans les mitochondries, les lysosomes et d’autres organites.

4. Validation fonctionnelle des peptides et pertinence clinique : Dans des expériences in vitro et in vivo, l’équipe a validé les fonctions de quatre peptides représentatifs, découvrant qu’ils jouent un rôle important dans la croissance tumorale et la régulation du métabolisme. L’analyse d’échantillons cliniques a montré que les niveaux d’expression de ces peptides sont étroitement liés au pronostic des patients atteints de cancer gastrique, suggérant qu’ils pourraient servir de biomarqueurs potentiels du cancer.

Conclusion et signification

Cette étude est la première à découvrir systématiquement et à caractériser fonctionnellement les peptides non canoniques du génome humain, révélant le potentiel des ARN non codants à coder des peptides fonctionnels. En combinant la spectrométrie de masse à haut débit, le criblage CRISPR et la prédiction de structure par IA, l’équipe a identifié avec succès un grand nombre de nouveaux peptides et révélé leur rôle important dans la prolifération des cellules tumorales et la régulation du métabolisme. Ces découvertes offrent non seulement une nouvelle perspective pour comprendre les fonctions du génome, mais fournissent également des biomarqueurs potentiels et des cibles thérapeutiques pour le diagnostic et le traitement du cancer.

Points forts de la recherche

1. Identification à haut débit des peptides : L’équipe a identifié avec succès 8945 nouveaux peptides grâce à la spectrométrie de masse en tandem par ultrafiltration, ce qui représente le plus grand nombre de nouveaux peptides identifiés au niveau protéomique à ce jour.

2. Criblage CRISPR et validation fonctionnelle : Par le criblage CRISPR, l’équipe a identifié 1161 peptides associés à la prolifération des cellules tumorales et a validé leurs fonctions à travers diverses expériences.

3. Prédiction de structure par IA : L’équipe a pour la première fois combiné la prédiction de structure par AlphaFold2 avec l’analyse des réseaux d’interaction peptide-protéine, révélant les mécanismes fonctionnels diversifiés de ces peptides.

4. Pertinence clinique : L’équipe a validé les fonctions de quatre peptides représentatifs dans la croissance tumorale et la régulation du métabolisme, et a constaté que leurs niveaux d’expression sont étroitement liés au pronostic des patients atteints de cancer gastrique, suggérant qu’ils pourraient servir de biomarqueurs potentiels du cancer.

Autres informations utiles

L’équipe de recherche a également créé une base de données appelée Human Novel Peptides Atlas Database (http://hmpa.zju.edu.cn/), destinée à intégrer et partager les données de recherche sur les nouveaux peptides, offrant ainsi une ressource précieuse pour les études futures.