Mécanisme moléculaire d'action des récepteurs canaux : études sur les récepteurs P2X et GABA A

Molecular modus operandi of ligand-gated ion channels : Studies of trimeric P2X receptors and pentameric GABA A receptors

• Auteur / Autrice : Ruotian Jiang
• Direction : Thomas Grutter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurobiologie moléculaire
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

ATP

Récepteurs purinergiques P2X

Complexes récepteur-ligand

GABA

Résumé

Le principal objectif de cette thèse a été d’utiliser divers outils chimiques et biologiques afin de mieux décortiquer le mécanisme d’action au niveau moléculaire de deux membres des récepteurs appartenant à deux superfamilles différentes des récepteur canaux activés par les ligands: les récepteurs P2XRs et GABAARs. Le récepteur P2XR est un canal ionique sélectif aux cations activé par fixation de l'ATP extracellulaire. Mon objectif a été d’étudier les mécanismes moléculaires pour la liaison de l’ATP et l'ouverture rapide d’un canal ionique suite à la fixation de l’ATP. En utilisant l’approche d’ingénierie de marquage d’affinité combinés à patch-clamp eletrophysiologie, nous avons défini un site interfacial très large et dynamique. Dans une autre étude, nous avons identifié un pont salin dans une région inexplorée du récepteur impliqué dans la régulation du mouvement d’ouverture du canal. Les récepteurs GABAARs sont impliqués dans la transmission synaptique inhibitrice au niveau du système nerveux central. En utilisant l’électrophysiologie patch-clamp, nous avons décrit sur ces récepteurs la modulation allostérique d’une série de composés synthétiques qui sont les trans-retrochalcones et qui appartiennent à la famille des flavonoïdes. Nous avons mis en évidence que le site d'action de ces nouveaux composés est distinct non seulement du site de liaison des benzodiazépines classiques, mais aussi d'autres sites de modulation connus. Nos données révèlent un mode d'action original et fournissent une base rationnelle pour la découverte de nouveaux médicaments afin de traiter les désordres physiologiques liés aux dysfonctionnements des récepteurs GABAA.

This thesis, by using various chemical and biological tools, focuses on the molecular modus operandi of two different superfamilies of ligand-gated ion channels: P2XRs and GABAARs. P2XR is a cation-selective ion channel gated by extracellular ATP (and is implicated in diverse physiological processes, from synaptic transmission to inflammation to the sensing of taste and pain. Here I studied the molecular mechanism underlying ATP binding and channel opening of the P2X receptors. In the ATP-binding site study, we definitely localized the ATP-binding sites in P2X2 receptor through affnity labeling. Our results thus define a large and dynamic inter-subunit ATP-binding pocket. In the “gating”†part, an inter-subunit salt bridge located at the “body” domain that regulates channel gating movement was identified by using charge reversal and charge swapping combined with double mutant cycle analysisPentameric GABAARs form chloride permeable ion channels and mediate inhibitory synaptic transmission in the central nervous system. The modulation of their action is critical for brain normal function and for various pathophysiological conditions. In the GABAARs part, using patch-clamp electrophysiology, we described the allosteric modulation of GABAARs by a series of synthetic compounds that are trans-retrochalcones belonging to the flavonoids family. We characterized their subunit-dependent positive modulations at both synaptic and extrasynaptic GABAARs. Our data reveal an original mode of action and provide a rational basis for hypothesis-driven drug discovery efforts with emphasis on the retrochalcone scaffold for treating GABAA-related central nervous system disorders.