La technique de BRET repose sur le transfert d’énergie par résonance de type Förster qui s’opère entre une enzymeluminescente donneuse d’énergie et une protéine fluorescente acceptrice d’énergie par oxydation d’un substrat métabolisable parle donneur d’énergie. Contrairement à bon nombre de techniques d’étude des interactions protéine-protéine, le BRET est noninvasif et permet l’étude dynamique de l’interaction de deux protéines en cellules vivantes ainsi que le criblage de moléculescapables de moduler cette interaction.Dans notre étude, nous avons cherché à optimiser la technique de BRET pour le criblage moléculaire en sélectionnant lemeilleur couple de donneur/accepteur d’énergie. Un nouveau donneur d’énergie, la Rluc8, qui possède des caractéristiqueslumineuses supérieures à la Rluc, a été testé en association avec deux nouveaux accepteurs d’énergie, la YPet, un variant de laYFP optimisé pour le transfert d’énergie, et la RGFP, une protéine fluorescente issue de Renilla reniformis qui est responsableavec la Rluc du phénomène de BRET chez cet organisme marin. / The BRET technique is based on resonance energy transfer has been described by Förster and is based on a luminescentdonor enzyme and a complementary acceptor fluorophore upon oxidation of a donor enzyme substrate. Unlike many techniquesfor the study of protein-protein interactions, the BRET is non-invasive and allows the dynamic study of interaction between twoproteins in living cells and the screening of molecules modulating this interaction.In our study, we sought to optimize the BRET technique for screening assay by selecting the best pair of donor / acceptor.Rluc8, a new donor, with superior light capabilities than Rluc, was tested in combination with two new acceptors, YPET, avariant of YFP optimized for energy transfer, and RGFP, a fluorophore from Renilla reniformis which is involved in theBREAT signal when in contact with Rluc. These new donors / acceptors were compared to the original Rluc / YFP combination,usually used in BRET1, in fusion proteins and in follow-up studies of protein-protein interactions involving GPCRs and βARR2in order to assess their capacity to improve the BRET technique. We were able to show that Rluc8, YPET and RGFP increasedthe sensitivity of the original BRET1 method by increasing at least 2-fold of the BRET signal. These results demonstrate theinterest of these new donors / acceptors in BRET technique and may help improving current follow-up studies of protein-proteininteractions.

Universiẗat, Diss., 2006--Heidelberg.

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1972. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references.

Beaucoup de médicaments anticancéreux entrainent à plus ou moins long terme une cardiotoxicité, dont les mécanismes moléculaires restent encore très mal connus. Aujourd'hui, peu de moyens existent pour prédire, au stade du développement préclinique, le potentiel cardiotoxique de ces molécules. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail de thèse a consisté à utiliser le principe de transfert d'énergie bioluminescente par résonance (BRET) pour créer des biosenseurs de l'activité des phosphoinositide-3-kinases (PI3K) de classe IB. En effet, ces protéines kinases ubiquitaires sont des cibles pharmacologiques majeures de part leur implication dans les phénomènes cancéreux, et sont également importantes pour l'homéostasie cardiaque. Ainsi, elles pourraient constituer une cible cardiaque des agents anticancéreux participant au développement de la cardiotoxicité. Les PI3K-IB sont des hétérodimères formés d'une sous-unité catalytique (C) p110y associée à une sous-unité régulatrice (R) dont il existe deux isoformes, p87 et p101. Pour développer le senseur PI3Ky, un donneur (Rluc8) et un accepteur (GFP2) d'énergie BRET ont été fusionnés en position N- ou C-terminale de chacune des sous-unités C et R (senseur intermoléculaire). Après vérification de l'expression cellulaire de ces constructions dans les cellules HEK293T, les interactions entre les différentes paires de senseurs BRET (8 combinaisons au total) C et R ont été mesurées, en temps réel dans les cellules vivantes, à la recherche d'un couple capable de refléter l'activation de la PI3K. Nos résultats démontrent des interactions spécifiques basales entre les sous-unités C et R des couples p110y-p87 et p110y-p101. Par contre, aucune des conditions de stimulations testées (nature du récepteur, concentrations de ligand, temps de stimulation, stœchiométrie des senseurs) n'a permis de détecter des modulations du signal BRET. La présence de co-activateurs connus de la PI3Ky tels que les protéines Ras ou les protéines G hétérotrimériques n'a pas non plus aidé à la modulation du signal BRET. Nous avons ensuite tenté de créer un senseur indirect de l'activité de la PI3Ky en mesurant par BRET les interactions entre les sous-unités de PI3K et des protéines G (décrites dans la littérature) lors de l'activation de la PI3Ky. Étonnamment, les résultats révèlent une pré-association basale entre les sous-unités de la PI3Ky et celles des protéines G mais sans détection de modulation significative de signal BRET après stimulation. En conclusion, nous n'avons pu établir un biosenseur BRET de l'activité de la PI3Ky en mesurant les interactions entre les sous-unités régulatrices et catalytiques. Ainsi, l'absence de modulations détectables du signal BRET après stimulation entre les deux sous-unités pré-complexées pourrait rendre compte d'un mécanisme d'activation impliquant des changements conformationnels plutôt qu'une association-dissociation physique. Dans le futur, l'étiquetage intramoléculaire des sous-unités C ou R avec les deux sondes BRET pourrait peut-être mieux détecter ces conformations et l'activité de la PI3Ky. D'un point de vue fondamental, l'existence de pré-complexes PI3Ky-protéines G pourraient également rendre compte d'une régulation spatio-temporelle plus fine et spécifique de la kinase, en accord avec les récents concepts de modules de signalisation préformés. / Cardiotoxicity is a recognized long-term consequence of a lot of anticancer drugs, but its mechanisms are not well-known. To date, the cardiotoxic potential of anticancer drugs is difficult to predict during preclinical studies due to the lack of appropriate tools. In this context, the aim of this thesis project was to develop biosensors, based on the use of bioluminescent resonance energy transfer (BRET) principle, to measure class IB phosphoinositide-3-kinases (PI3K) activity. Indeed, these ubiquitous kinases are major pharmacological oncotargets due to their participation in cancer development, but they also have a preponderant role in cardiac homeostasis. Thus, they could represent cardiac targets for anticancer drugs participating in the development of cardiotoxicity.PI3K-IB are heterodimers of a catalytic subunit (C) p110y and a regulatory subunit (R) p87 or p101. To develop the PI3Ky sensor, BRET energy donor (Rluc8) and acceptor (GFP2) were fused at the N-terminal or C-terminal of each subunit (intermolecular sensor). After expression control of each probe in HEK293T cells, the interactions between C and R subunits for all BRET pairs (8 combinations) were studied, in living cells in real time, so to find one able to sense PI3Ky activation. Our results indicated specific basal interaction between C and R subunits from p110y-p87 and p110y-p101 pairs. However, none of the stimulation conditions tested (receptor nature, ligand concentration, stimulation kinetics and biosensor stoichiometry) allowed the detection of BRET signal modulation. Further addition of p110y co-activators such as Ras proteins or heterotrimeric G proteins, did not improve BRET modulation. We then tried to create an indirect BRET sensor of PI3Ky activity by measuring the interaction between PI3K and G proteins subunits, known to occur during PI3Ky activation. Surprisingly, results highlighted a basal pre-association of PI3Ky and G protein subunits without BRET modulations upon PI3Ky stimulation.In conclusion, we failed to create a BRET biosensor of the PI3Ky activity based on the measure of the interaction between the catalytic and regulatory subunits. However, the pre-association of PI3K subunits without BRET modulation could reflect a mechanism of PI3Ky activation based on conformationals changes of the complex between C and R subunits rather than physical association-dissociation. In the future, intramolecular labeling of the C or R subunit with the two BRET probes could better detect conformational changes and therefore PI3Ky activity. From a fundamental standpoint, the existence of PI3Ky-G proteins pre-complexes could reflect a specific spatio-temporal fine-tuning of the PI3K activity, in agreement with recent concept of preformed cell signaling platforms.

The 5-hydroxytryptamine (5-HT) system modulates numerous physiological and behavioural processes, and dysfunction within this system underlies many behavioural disorders, such as major depression. The 5-HT1A receptor is the primary somatodendritic autoreceptor that controls the firing rate of 5-HT neurons, but is also coupled to numerous signalling pathways. An understanding of 5-HT1A receptor signalling may lead to the development of antidepressant drugs that selectively target therapeutic pathways in treating depression. The 5-HT1A receptor is coupled to inhibitory G-proteins via its intracellular loops 2 and 3. Point mutations within these loops selectively uncouple receptor signalling pathways. In this thesis, I addressed whether mutant receptors’ uncoupling from signalling pathways is associated with alteration in G-protein interaction and coupling. Using bioluminescence resonance energy transfer (BRET) to monitor receptor-G-protein interactions, we show that both wild-type and mutant receptors demonstrate a saturable interaction with Gαi protein in unstimulated conditions. Addition of 5-HT increased the BRET signal for the wild-type 5-HT1A receptor, and this increase was blocked by a 5-HT1A receptor antagonist and G-protein blocker (pertussis toxin). Mutant receptors that were deficient in Gαi signalling, but not those that still signalled to Gαi, failed to respond to receptor activation with increased receptor-Gαi interaction. Pull down studies verified the basal and agonist-induced interaction of 5-HT1A receptors with Gαi proteins. In conclusion, we have shown that the 5-HT1A receptor interacts with Gαi consistent with a pre-coupled model and that 5-HT-induced activation enhances this interaction and requires specific residues in the intracellular loops.

The 5-hydroxytryptamine (5-HT) system modulates numerous physiological and behavioural processes, and dysfunction within this system underlies many behavioural disorders, such as major depression. The 5-HT1A receptor is the primary somatodendritic autoreceptor that controls the firing rate of 5-HT neurons, but is also coupled to numerous signalling pathways. An understanding of 5-HT1A receptor signalling may lead to the development of antidepressant drugs that selectively target therapeutic pathways in treating depression. The 5-HT1A receptor is coupled to inhibitory G-proteins via its intracellular loops 2 and 3. Point mutations within these loops selectively uncouple receptor signalling pathways. In this thesis, I addressed whether mutant receptors’ uncoupling from signalling pathways is associated with alteration in G-protein interaction and coupling. Using bioluminescence resonance energy transfer (BRET) to monitor receptor-G-protein interactions, we show that both wild-type and mutant receptors demonstrate a saturable interaction with Gαi protein in unstimulated conditions. Addition of 5-HT increased the BRET signal for the wild-type 5-HT1A receptor, and this increase was blocked by a 5-HT1A receptor antagonist and G-protein blocker (pertussis toxin). Mutant receptors that were deficient in Gαi signalling, but not those that still signalled to Gαi, failed to respond to receptor activation with increased receptor-Gαi interaction. Pull down studies verified the basal and agonist-induced interaction of 5-HT1A receptors with Gαi proteins. In conclusion, we have shown that the 5-HT1A receptor interacts with Gαi consistent with a pre-coupled model and that 5-HT-induced activation enhances this interaction and requires specific residues in the intracellular loops.

L’Urotensine II (UII) est un peptide cyclique de 11 acides aminés initialement isolé à partir de l’urophyse de gobie. Cette hormone est impliquée dans l'homéostasie cardiovasculaire et exerce la majorité de ses effets par l'intermédiaire du récepteur de l'urotensine (UT). Le récepteur UT est couplé préférentiellement à la protéine G hétérotrimérique G?q et les propriétés fonctionnelles de ce récepteur ont principalement été étudiées pour sa capacité à induire la production d'inositol phosphate ainsi que la mobilisation de Ca[indice supérieur 2+] intracellulaire. Il a été rapporté que UT peut également coupler à d'autres protéines G hétérotrimériques G?i/o et qu’il peut activer plusieurs voies indépendantes de la protéine G, tels que la voie des MAP Kinase et de la beta-arrestine. Notre hypothèse stipule que différents ligands d’UT peuvent induire ou stabiliser différentes conformations du récepteur, chacune conduisant à une signalisation spécifique, ce concept est connu sous le nom de sélectivité fonctionnelle ou signalisation biaisée. Nous avons sélectionné 6 analogues de UII qui diffèrent dans leur structure chimique et nous avons évalué leur capacité à activer plusieurs voies de signalisation: G?q G?i, G?13, ERK, NF?B et le recrutement de la ?-arrestine. Par ailleurs, la technologie de transfert d’énergie bioluminescente par résonnance (BRET) fut utilisée pour évaluer l’activation spécifique des protéines G?q, G?i, G?13 ainsi que le recrutement de la ?-arrestine-2. Nous avons montré que la substitution de la lysine en huitième position de UII affecte la propriété du peptide à activer certaines voies de signalisation. De plus, l’analogue Nle8-UII agit comme agoniste complet sur la voie G?q mais active faiblement le recrutement de la ?-arrestine-2 ainsi que la voie NF?B. Cette étude a permis d’identifier des ligands sélectifs pour certaines voies de signalisation d’UT et pourrait permettre la conception de ligands sélectifs pour UT dans diverses pathologies associées à ce récepteur. [symboles non conformes]

The 5-hydroxytryptamine (5-HT) system modulates numerous physiological and behavioural processes, and dysfunction within this system underlies many behavioural disorders, such as major depression. The 5-HT1A receptor is the primary somatodendritic autoreceptor that controls the firing rate of 5-HT neurons, but is also coupled to numerous signalling pathways. An understanding of 5-HT1A receptor signalling may lead to the development of antidepressant drugs that selectively target therapeutic pathways in treating depression. The 5-HT1A receptor is coupled to inhibitory G-proteins via its intracellular loops 2 and 3. Point mutations within these loops selectively uncouple receptor signalling pathways. In this thesis, I addressed whether mutant receptors’ uncoupling from signalling pathways is associated with alteration in G-protein interaction and coupling. Using bioluminescence resonance energy transfer (BRET) to monitor receptor-G-protein interactions, we show that both wild-type and mutant receptors demonstrate a saturable interaction with Gαi protein in unstimulated conditions. Addition of 5-HT increased the BRET signal for the wild-type 5-HT1A receptor, and this increase was blocked by a 5-HT1A receptor antagonist and G-protein blocker (pertussis toxin). Mutant receptors that were deficient in Gαi signalling, but not those that still signalled to Gαi, failed to respond to receptor activation with increased receptor-Gαi interaction. Pull down studies verified the basal and agonist-induced interaction of 5-HT1A receptors with Gαi proteins. In conclusion, we have shown that the 5-HT1A receptor interacts with Gαi consistent with a pre-coupled model and that 5-HT-induced activation enhances this interaction and requires specific residues in the intracellular loops.

Universiẗat, Diss., 2006--Freiburg (Breisgau).

Bochum, University, Diss., 2005.