Couplage fonctionnel entre un récepteur et un canal ionique : étude du canal KATP et application pour la création de biocapteurs

Functional coupling between a receptor and an ion channel : study of the KATP channel and application for biosensor design

• Auteur / Autrice : Julien Dupuis
• Direction : Michel Vivaudou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie. Physiopathologies. Pharmacologie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Grenoble 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrophysiologie

Biocapteurs

Transporteurs ABC

Canaux potassiques

Mots clés libres

G protein-coupled receptor (GPCR)

Résumé

Les canaux potassiques sensibles à l'ATP (KATP) jouent un rôle primordial dans la sécrétion pancréatique d'insuline et participent au contrôle du tonus vasculaire ainsi que de l'excitabilité des cellules musculaires cardiaques et neuronales. Constitués de l'assemblage unique d'un récepteur membranaire de la famille des transporteurs ABC, le récepteur des sulphonylurées SUR, et d'un canal potassique rectifiant entrant, Kir6. 2, ces canaux couplent le métabolisme cellulaire au potentiel membranaire et constituent en ce sens un modèle naturel de biocapteur. Le caractère unique de cet assemblage tient au fait que SUR est capable de réguler l'activité de Kir6. 2 suite à la fixation de ligands: nucléotides, activateurs ou inhibiteurs pharmacologiques. Nous nous sommes intéressés aux déterminants moléculaires intervenant dans le couplage fonctionnel de SUR au canal Kir6. 2. Utilisant une stratégie chimérique, nous avons identifié une région C-terminale de l'isoforme SUR2A essentielle aux mécanismes d'activation du canal, assurant le lien entre la fixation de ligands à SUR et l'ouverture de Kir6. 2. Nous avons également utilisé notre connaissance du modèle du canal KATP pour développer un nouveau type de biocapteur électrique, les Ion Channel Coupled Receptors (ICCR), fondé sur le couplage fonctionnel artificiel entre Kir6. 2 et des récepteurs couplés aux protéines G (GPCR). Par ingénierie protéique, nous avons créé deux modèles d'ICCR impliquant respectivement les récepteurs muscarinique M2 et dopaminergique D2 : la fixation d'agonistes ou antagonistes spécifiques sur ces récepteurs entraîne une activation ou une inhibition du canal mesurables électriquement en temps réel, jetant les bases prometteuses d'une nouvelle génération de biocapteurs acellulaires.

ATP-sensitive potassium channels (KATP) play a critical role in pancreatic insulin secretion and participate in the vascular tone control as well as cardiac myocyte and neuron excitability. Formed by the unique association of a membrane receptor of the ABC transporters family, the sulfonylurea receptor SUR, and an inward rectifier potassium channel, Kir6. 2, they couple the membrane potential to the cell metabolism. Therefore, they can be considered as a natural example of biosensor. The unique property of this complex is that SUR adjusts Kir6. 2 gating as a function of physiological and pharmacological ligands (nucleotides, synthetic activators and inhibitors). We addressed the question of identifying the molecular elements underlying functional coupling between SUR and Kir6. 2. Following a chimerical strategy, we identified an essential C-terminal region of isoform SUR2A which functionally links ligand binding to SUR to Kir6. 2 upregulation. Using our knowledge of the KATP model, we also developed a new type of electrical biosensor, Ion Channel Coupled Receptors (ICCRs), based on the artificial functional coupling of Kir6. 2 with G-protein coupled receptors (GPCRs). Using protein engineering, we created two prototypes of ICCRs based on the muscarinic M2 and dopaminergic D2 receptors: agonist or antagonist binding to these receptors leads to real-time electrically measurable channel activations or inhibitions. ICCRs constitute the promising premises of a new generation of cell-free biosensors.