Expression hétérologue, repliement in-vitro et caractérisation biophysique du domaine N-terminal de la sous-unité T1R3 du récepteur au goût sucré

par Elodie Maitrepierre (Maîtrepierre)

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Loïc Briand.

Soutenue le 16-12-2010

à Dijon , dans le cadre de École doctorale E2S Environnements, Santé, STIC (Dijon) , en partenariat avec Centre des Sciences du Goût et de l’Alimentation (Dijon) (laboratoire) .

Le président du jury était Norbert Latruffe.

Le jury était composé de Yves Artur.

Les rapporteurs étaient Roland Salesse, Emmanuelle Jacquin-Joly.


  • Résumé

    Le récepteur au goût sucré est un hétérodimère composé de 2 sous-unités appelées T1R2 et T1R3. Chaque sous-unité appartient à la famille des récepteurs couplés aux protéines G de la classe C. Les membres de cette famille de récepteurs partagent une architecture commune, constituée d’un domaine N-terminal (DNT) de grande taille lié au domaine transmembranaire par une région riche en cystéine. Il a été montré que les DNT de T1R2 et T1R3 de souris étaient capables de lier des sucres naturels (saccharose et glucose) et le sucralose, avec des affinités distinctes et avec différents changements de conformation du domaine induits la fixation du ligand (Nie et al., Curr Biol, 2005). Cependant, les propriétés de liaison du DNT de T1R3 humain, ainsi que la contribution respective des 2 sous-unités dans la fonctionnalité du récepteur restent encore largement méconnues. Lors de cette étude, nous avons exprimé les DNT de T1R3 humain (DNT-hT1R3) et de souris à l’aide de la bactérie Escherichia coli, sous forme de protéines insolubles, appelés corps d’inclusion (CI). Les CI ont été purifiés puis solubilisés en utilisant un agent chaotrope. Le transfert des DNT dans leur état natif par un repliement in vitro, nécessite un criblage des conditions de repliement. Pour cela nous avons utilisé une approche factorielle en faisant varier des facteurs tels que le tampon, le pH ou la présence d’additifs. Les protéines repliées ont ensuite été caractérisées par différentes approches parmi lesquelles l’électrophorèse, la filtration sur gel, la fluorescence et le dichroïsme circulaire. Leur fonctionnalité a ensuite été vérifiée en mesurant les variations de l’intensité de fluorescence intrinsèque des protéines engendrées par l’ajout de sucralose. Le dosage d’Ellman a permis de déterminer la présence d’une seule cystéine libre dans DNT-hT1R3, qui a été confirmée, par purification, puis analyse des peptides trypsiques de la protéine. La présence de structures secondaires a été montrée par dichroïsme circulaire. Afin de caractériser les propriétés de liaison de DNT-hT1R3, un marquage fluorescent a été réalisé en utilisant une sonde sensible à l’environnement greffée de manière covalente à la protéine. Nous avons montré que la fixation d’un ligand sur la protéine marquée provoque des modifications conformationnelles qui ont permis de mesurer l’affinité du DNT de T1R3 pour diverses molécules sapides, avec des affinités en accord avec les données sensorielles. Cette étude a également permis de montrer que le calcium et le magnésium étaient capables de se lier à la protéine. Enfin, les propriétés de liaison de certains ligands ont été validées par microcalorimétrie. Ces résultats montrent que le DNT de T1R3 joue un rôle important, jusqu’à présent insoupçonné dans la reconnaissance des composés sucrés.

  • Titre traduit

    Heterologous expression, in vitro refolding and biophysical characterisation of the N-terminal domain of the human sweet receptor T1R3 subunit


  • Résumé

    The sweet taste receptor is a heterodimer composed of two subunits called T1R2 and T1R3. Each subunit belongs to the class C of G protein-coupled receptors and is constituted by a large extracellular N-terminal domain (NTD) linked to the transmembrane domain by a cysteine-rich region. It has been shown that T1R2 and T1R3 NTDs are both able to bind natural sugars and sucralose with distinct affinities and undergo ligand-dependent conformational change (Nie et al., Curr Biol, 2005). However, the binding properties of T1R3 NTD and the relative contribution of the two subunits to the heterodimeric receptor function remained largely unknown. To characterize the binding properties of each subunit in greater depth a large quantity of proteins is required to use biochemical, biophysical and structural approaches. To accomplish this goal, we took advantage of bacterial expression strategy, which has been successfully used to produce functional mouse T1R2 and T1R3 NTDs (Nie et al., Curr Biol, 2005). Human T1R3 NTD was expressed in high level in Escherichia coli as insoluble aggregated protein (inclusion bodies). Transferring this protein into its native state by in vitro refolding requires screening to find buffer conditions and suitable additives. We established a factorial screen to detect folded functional T1R3 NTD based on intrinsic tryptophan fluorescence quenching by sucralose (known to bind mT1R3 NTD) and identified positive synergistic interactions between additives on refolding of T1R3 NTD. The soluble T1R3 NTD protein was then purified and characterized using electrophoresis, gel filtration, fluorescence and circular dichroism spectroscopy. T1R3 NTD is properly refolded and able to bind saccharide compounds with physiological relevant affinities. As expected, one free thiol could be measured in T1R3 NTD using Ellman’s assay suggesting that except one, all the cysteines are involved in disulfide linkages. This presence of this free cystein was also confirmed by mass spectrometry identification of the fluorescent peptide resulting from trypsin digestion. This free cysteine was used to covalently attach an environmentally sensitive fluorophore. This study also revealed that calcium and magnesium was able to bind T1R3 NTD. Due to the high quantities of functional NTD T1R3, the interactions with some sweeteners were characterized using microcalorimetry. Interestingly, we confirmed that T1R3 NTD is also able to bind numerous sweeteners with physiological affinities, suggesting that T1R3 NTD plays an important role in sweetener recognition.

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