Modulateurs allostériques des récepteurs NMDA contenant la sous-unité GluN2B : sites de liaison et mécanismes d'action

Endoplasmic reticulum stress triggers human tubular cell phenotypic changes and death induced by cyclosporine

• Auteur / Autrice : Laetitia Mony
• Direction : Francine Acher, Pierre Paoletti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neuropharmacologie moléculaire
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 5
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Paris Descartes. Faculté de pharmacie de Paris (....-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyamines

Récepteurs du N-méthyl-D-aspartate

pharmacologie

Glutamates

Modulation antigénique

Glutamate (ion)

Récepteurs

Allostérie

Résumé

Les récepteurs NMDA (rNMDA) forment une classe de récepteurs-canaux membranaires activés par le glutamate, le principal neurotransmetteur excitateur du cerveau des Vertébrés. Ils jouent un rôle prépondérant dans l'initiation de différentes formes de plasticité synaptique mais sont également impliqués dans diverses pathologies comme les ischémies cérébrales, les douleurs chroniques ou la schizophrénie. Les composés régulant l'activité des rNMDA ont donc un fort intérêt thérapeutique. De façon remarquable, les rNMDA possèdent de nombreux sites modulateurs extracellulaires pouvant lier des ions ou des petites molécules. Ces sites allostériques, qui diffèrent des sites de liaison pour les agonistes et de ceux situés dans le canal, sont d'autant plus intéressants qu'ils permettent de cibler sélectivement certains sous-types de rNMDA, ce que les autres sites ne permettent généralement pas. Ainsi, l'ifenprodil (modulateur négatif synthétique) et les polyamines (modulateurs positifs présents naturellement) sont des composés agissant sélectivement sur les rNMDA contenant la sous-unité GluN2B. Les sites de liaison et les mécanismes d'action de ces composés restaient cependant mal connus. En combinant modélisation moléculaire, électrophysiologie, mutagénèse dirigée et biochimie sur cystéines, nous avons tout d'abord établi un modèle tridimensionnel d'interactions de l'ifenprodil avec le domaine N-terminal (NTD) de la sous-unité GluN2B. Nous avons de plus identité l'interface de dimérisation entre les NTDs des sous-unités GluN1 et GluN2B comme le site de liaison des polyamines, et proposons que ces molécules potentialisent les rNMDA en maintenant proches les deux NTDs, empêchant ainsi leur fermeture. Ces travaux apportent de nouvelles informations sur les bases moléculaires qui régissent la régulation allostérique des rNMDA. Ils soulignent notamment le rôle central des NTDs dans le contrôle de l'activité des rNMDA et révèlent l'importance des interfaces entre sous-unités comme sites d'action de ligands allostériques.

NMDA receptors (NMDARs) are a major class of excitatory neurotransmitter receptors in the brain of Vertebrates. They form glutamate-gated ion channels highly permeable to calcium that mediate synaptic plasticity. NMDAR dysfunction is involved in multiple brain disorders, including stroke, chronic pain and shizophrenia Compounds that regulate NMDAR activity are thus of therapeutic interest. Remarkably, NMDARs are endowed with multiple extracellular regulatory sites that recognise ions or small molecule ligands. These allosteric sites, which are distinct from agonist-binding and channel-permeation sites, are of particular interest because they can selectively target certain NMDAR subtypes. Thus, ifenprodil (a synthetic allosteric modulator) and polyamines (naturally occuring positive allosteric modulators) selectively modulate GluN2B-containing NMDARs. However, the binding sites and mechanisms of action of these compounds were still ill-denied. By combining molecular modelling, electrophysiology, site-directed mutagenesis and chemical protein modifcations, we first built a tridimensional model of ifenprodil interacting with the N-terminal domain (NTD) of the GluN2B subunit. Moreover, we have identified the dimerisation interface between GluN1 and GluN2B NTDs as polyamine binding-site. We propose that these molecules potentiate NMDARs by maintaining both NTDs in close proximity, thus preventing their closure. This work reveals new information about the molecular mechanisms underlying allosteric regulation of NMDARs. They highlight the central role of NTDs in the one control of NMDAR activity and show the importance of interfaces between subunits as binding sites for allosteric ligands.