Etude des mécanismes d'activation des récepteurs chimiotactiques couplés aux protéines G : biais de signalisation et rôle d'une proline dans le deuxième domaine transmembranaire

par Jane-Eileen Joubert

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Hélène Castel.

Le jury était composé de Marie Chabbert, Isabelle Segalas-Milazzo, Laurent Prézeau.

Les rapporteurs étaient Monique Dontenwill, Daniel Fourmy.


  • Résumé

    Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) affichent à la fois une structure et des voies de signalisation conservées mais aussi une grande diversité fonctionnelle, nécessaire à la spécialisation. Une spécialisation importante au cours de l’évolution est sans nul doute l’apparition du caractère chimiotactique, qui permet le développement des organes et la vascularisation, ou encore les réponses immunitaires. Ces comportements chimiotactiques induits par les RCPGs peuvent impliquer des couplages de protéines G mais également une interaction avec des protéines intracellulaires telles que les β-Arrestines. Cependant, les questions portant sur les RCPGs dans 1) leur capacité à détecter de faibles concentrations/gradients moléculaires, 2) la transduction du signal depuis la poche de liaison jusqu’au domaine intracellulaire du récepteur, et 3) les modes d’interaction des β-Arrestines restent aujourd’hui l’objet de nombreuses recherches. Les données récentes fournies par les structures à haute résolution indiquent que les RCPG sont des entités dynamiques qui adoptent des conformations actives multiples, capables de lier des ligands et d’activer préférentiellement ou non certaines voies de couplage de manière dite « biaisée », conduisant ainsi à la sélectivité fonctionnelle. Sur la base de travaux antérieurs menés par l’équipe, nous avons émis l’hypothèse que les peptides dérivés de l’urotensine II (UII) présentent des effets physiologiques inattendus en raison d’une signalisation biaisée sur le RCPG urotensinergique UT. Dans un modèle de cellules HEK293 exprimant le récepteur UT humain recombinant, nous avons déterminé le couplage aux protéines G et aux β-Arrestines suite à l’activation du récepteur par l’UII, en utilisant la méthode de transfert d’énergie de bioluminescence par résonance (BRET), ainsi que la production d’IP1 et d’AMPc en utilisant le principe de HTR-FRET (high-time resolved-Froster resonance energy transfer). Nous avons montré que le récepteur UT active les protéines Gi1, Goᴀ, Gq et G₁₃ (et non G₈) et recrute les β-Arrestines 1 et 2. Ces premiers évènements conduisent à 2 phases de phosphorylation des kinases ERK1/2. Les peptides testés induisent trois profils différents : l’UII, l’urotensin II-related peptide (URP) et l’UII₄₋₁₁ présentent le profil d’agoniste entier ; l’[Orn⁸]UII et l’[Orn⁵]URP activent les protéines G avec cependant des pEC₅₀s 5 à 10 fois plus élevés, et ne recrutent pas ou peu chez les β-Arrestines ; l’urantide ne présente pas non plus la capacité d’induire le recrutement des β-Arrestines mais a montré une efficacité inversement proportionnelle à activer les protéines Gi et Gq vs. Go et se présente donc comme un agoniste partiel de toutes les voies des protéines G. Il est intéressant de noter que les peptides sont tous capables d’induire la migration et l’adhésion cellulaire, mais régulent différemment la survie cellulaire. Ainsi, nous démontrons une signalisation biaisée entre les protéines β-Arrestine et G, et entre les sous-types de protéines G, ce qui dicte les réponses cellulaires du récepteur et peut ouvrir de nouvelles opportunités thérapeutiques. Nous avons ensuite examiné si les propriétés chimiotactiques de l’UT, tout à fait inattendues puisque l’UII était principalement connu pour ses propriétés vasoactives, sont associées à une signature structural acquise précocement au cours de l’évolution. De fait, il avait été proposé qu’au sein des récepteurs de la famille Rhodopsine, une délétion ancestrale évolutive dans le DTM2 de récepteurs du groupe ancestral PEP (peptides), conduisant au repositionnement d’une proline en 2. 58, aurait accompagné l’expansion des récepteurs des groupes SO (somatostatinergique), CHEM (chimiokine) et PUR (purinergique), phylogénétiquement liés. Ainsi, en étudiant le prototype de récepteur PEP Kiss1R, présentant une proline en 2. 59, et les récepteurs UT et CXCR4, en tant que prototypes respectifs des récepteurs SO et CHEM, nous avons cherché à obtenir des informations sur le rôle de cette proline P2. 58 dans l’acquisition du comportement chimiotactique. Pour cela, nous avons généré des mutants des prototypes Kiss1R P2. 59 et des deux récepteurs P2. 58 UT et CXCR4 par substitution de la Pro du DTM2 en Ala, ou par insertion/délétion pour déplacer la proline en position 2. 58 ou 2. 59. Nous avons montré, dans un modèle de cellules HEK293 recombinantes, que les récepteurs Kiss1R, UT et CXCR4 mutants conservent une expression membranaire et pour la plupart, des capacités de liaison. Les récepteurs P2. 58 UT et CXCR4 activés par l’UII et le SDF-1α, montrent des couplages Gq/Ca²⁺/IP1 et/ou Gi/o et β-arrestine 2, et sont capables de stimuler la migration chimiotactique par ondes dynamiques d’assemblage/désassemblage de points focaux d’adhésion (FA) ainsi que via la sélection d’un lamellipode principal. En revanche, l’activation du récepteur Kiss1R (P2. 59) par la kisspeptine-10 (KP-10) évoque des couplages Gq/Ca²⁺/IP1 et une migration aléatoire par désassemblage incontrôlé des FA, et la production de nombreux lamellipodes par cellule. La mutation de la proline ou l’insertion/délétion conduit principalement à la perte des capacités de couplage Gq et/ou Gi1 et Goᴀ, établissant le rôle clé de cette proline du DTM2 dans les mécanismes d’activation de Kiss1R, UT et CXCR4. Ainsi, le repositionnement de la proline de la position 2. 59 à 2. 58 joue probablement un rôle dans la re-sensibilisation des récepteurs, déterminante pour la régulation de l’assemblage/désassemblage des FAs et la réduction du nombre de lamellipodes. L’ensemble de ces données nous amène à proposer que l’expansion massive des récepteurs P2. 58 au cours de l’évolution est corrélée à l’acquisition de mécanismes d’activation pro-chimiotactiques par la régulation spatio-temporelle de signaux intracellulaires. Notamment, ce mécanisme d’activation spécifique serait associé à une dynamique de désensibilisation/resensibilisation des RCPG, à des vagues d’adhésion/détachement locales et à la sélection des protrusions membranaires nécessaires à une migration chimiotactique efficace. Cette compétence spécifique aux récepteurs P2. 58, et en particulier de l’UT, implique probablement une sélectivité fonctionnelle clef vis-à-vis des β-Arrestines.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (234 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 528 références

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  • Bibliothèque : Université de Rouen Normandie. Service commun de la documentation. Section Sciences et Techniques (site du Madrillet).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 16/ROUE/S064
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