Nuclear receptors (NRs) are ligand-activated transcription factors that regulate the expression of genes involved in all physiological activities. Disruption in NR function (e.g. mutations) can lead to a variety of diseases; making these receptors important targets for drug discovery. The ability to bind a broad range of 'drug-like' molecules also make these receptors attractive candidates for protein engineering, such that they can be engineered to bind novel small molecule ligands, for several applications. One application is the creation of potential molecular switches, tools that can be used for controlling gene expression. Gaining knowledge of specific molecular interactions that occur between a receptor and its ligand is of interest, as they contribute towards the activation or repression of target genes. The focus of this work has been to investigate the structural and functional relationships between the human vitamin D receptor (hVDR) and its ligands. To date, mutational assessments of the hVDR have focused on alanine scanning and residues typically lining the ligand binding pocket (LBP)that are involved in direct interactions with the ligand. A comprehensive analysis of the tolerance of these residues in the binding and activation of the receptor by its ligands has not been performed. Furthermore, residues not in contact with the ligand or that do not line the LBP may also play an important role in determining the activation profiles observed for NRs, and therefore need to be explored further. In order to engineer and use the hVDR in chemical complementation, a genetic selection system in which the survival of yeast is linked to the activation of a NR by an agonist, the hVDR gene was isolated from cDNA. To gain insight into how chemical and physical changes within the ligand binding domain (LBD) affect receptor-ligand interactions, libraries of hVDR variants exploring the role and tolerance of hVDR residues were created. To develop a comprehensive mutational analysis while also engineering the hVDR to bind a novel small molecule ligand, a rational and a random mutagenic approach were used to create the libraries. A variant, hVDRC410Y, that displayed enhanced activity with lithocholic acid (LCA), a known hVDR ligand, and novel activation with cholecalciferol (chole), a precursor of the hVDR's natural ligand known not to activate the wild-type hVDR, was discovered. The presence of a tyrosine at the C410 position resulting in novel activation profiles with both LCA and chole, and the fact that this residue does not line the hVDR's LBP led to interest in determining whether a physical or chemical property of the residue was responsible for the observed activity. When residue C410 was further assessed for its tolerance to varying amino acids, the results indicated that bulkiness at this end of the pocket is important for activation with these ligands. Both LCA and chole have reduced molecular volumes compared to the natural ligand, 1alpha, 25(OH)2D3. As a result, increased bulkiness at the C410 position may contribute additional molecular interactions between the receptor and ligands. Results obtained throughout this work suggest that the end of the hVDR's LBP consisting of two ligand anchoring residues, H305 and H397, and residue C410 tolerates structural variations, as numerous variants with mutations at these positions displayed enhanced activity. The receptor contains two tyrosines, Y143 and Y147, which were targeted for mutagenesis in one of the rationally designed libraries, located at the exact opposite end of the pocket. In an effort to gain further insight into the role of these residues at the other end of the LBP, mutagenesis assessing the tolerance of tyrosines 143 and 147 was performed. Overall, most changes at these positions proved to be detrimental to the function of the receptor supporting the hypothesis that this end of the LBP is less tolerant of structural changes, compared to the opposite end consisting of residues H305, H397 and C410. Overall, a better understanding of the structural and functional relationships between the human vitamin D receptor (hVDR) and its ligands was achieved. The effects of residue C410 on specificity and activation with the different ligands studied were unforeseen, as this residue does not line the receptor's ligand binding pocket (LBP). However, they serve as an example of the significant impact distant residues can have on receptor activation and also emphasize the important role physical properties of residues, such as volume, can play for specific ends of the LBP compared to chemical properties.

Orientador: Mário Tyago Murakami / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-20T16:32:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_NadiaHelena_D.pdf: 33217097 bytes, checksum: 6cbd9ad5dcfddd06e2357b3c680cd3f6 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A enzima purina nucleosídeo fosforilase hexamérica de Bacillus subtilis (BsPNP233) c uma nucleosídeo fosforilase do tipo 1 , responsável pela catalise reversível da reação de guebra de urn nucleosídeo em base nitrogenada e ribose-1-fosfato na via de salvação de purinas. Essa enzima possui interesses biomédicos e biotecnológicos devido ao uso na terapia gênica em canceres sólidos e na biossíntese de análogos de nucleosídeos...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The hexamcric purine nucleoside phosphorylase from Bacillus subtilis (BsPNP233) is a nucleoside phosphorylase typc-1 involved in purine salvage pathway by the nucleoside phosphorolysis resulting in purine base and ribose-1-phosphatc. The interest about this enzyme involves gene therapy application in solid cancers treatment and nucleoside analogs biosynthesis...Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Les complexes de métaux de transition, et plus particulièrement de ruthéniumII, ont connu un essor formidable depuis le milieu des années 1950 avec la découverte du complexe [Ru(bpy)3]2+. Depuis lors, de nombreuses recherches et découvertes ont permis de mettre au point un schéma photophysique prototypique pour les complexes de ruthéniumII comportant des ligands polypyridiniques. En variant la nature des ligands complexés à ce centre métallique, il a été possible de faire varier les propriétés photophysiques, photochimiques et électrochimiques des complexes résultants. Toutes ces modifications ont permis de mettre au point des complexes de ruthéniumII qui possèdent des applications dans des domaines variés. Ils sont par exemple utilisés dans le domaine de la photo-conversion d’énergie solaire ou dans le domaine de la photo-catalyse, permettant notamment de scinder l’eau en oxygène, ou de produire du dihydrogène au départ de protons. Ces complexes de ruthéniumII sont également utilisés dans le domaine biologique où ils peuvent interagir avec l’ADN via de nombreux processus. Les recherches au laboratoire de chimie organique et photochimie de l’Université libre de Bruxelles ont été concentrées sur le développement de ligands polyazaaromatiques qui possèdent un caractère π-accepteur prononcé. L’utilisation de tels ligands permet d’accéder à des complexes de ruthéniumII dont le caractère photo-oxydant est davantage prononcé que celui de leurs analogues de type [Ru(bpy)3]2+. Ce caractère photo-oxydant permet, dans le cadre d’applications biologique, d’induire la formation d’un photo-adduit résultant d’un transfert d’électron entre la guanine, base la plus réductrice de l’ADN, et le complexe de ruthéniumII. <p>Les ligands π-accepteurs permettent également de diriger et de localiser le transfert d’électron à l’état excité. Lorsque le complexe absorbe un rayonnement lumineux de bonne énergie, un électron peut être transféré du centre de ruthéniumII vers un des ligands ancillaires. Ce transfert d’électron aura lieu vers le ligand qui est le plus avide en électrons. Ce phénomène trouve des applications directes en photo-conversion d’énergie solaire. En effet, afin de convertir de l’énergie solaire, il est important d’absorber le rayonnement lumineux, mais également de pouvoir transférer cette énergie en un lieu donné. L’utilisation de ligands avides en électrons permet donc de diriger cette énergie en un lieu précis. <p>Dans le cadre de cette thèse de doctorat, nous nous sommes focalisés sur la synthèse de nouveaux ligands polyazaaromatiques qui devraient conférer des propriétés inédites aux complexes résultants. La première partie de cette thèse de doctorat a donc consisté à synthétiser des ligands polyazaaromatiques possédant un plan aromatique étendu. Nous avons mis au point une voie de synthèse pour obtenir des ligands tels que la 1,4,5,8-tétraazaphénanthrène-9,10-dione, précurseur du ligand 1,4,5,8-tétraazaphénanthrèno[9,10-b]1,4,5,8,9,12-hexaazatriphénylène (TAPHAT). Au cours de la synthèse de la 1,4,5,8-tétraazaphénanthrène-9,10-dione, nous avons également pu mettre au point une nouvelle méthode d’oxydation de noyaux de type quinoxaline à l’aide de dérivé d’iode hypervalent. Une fois la synthèse du ligand TAPHAT et des différents précurseurs effectuée, nous avons pu procéder à la synthèse des complexes de ruthéniumII. Le ligand TAPHAT, étant fortement insoluble et possédant quatre sites de chélation, nous avons décidé de procéder à la synthèse de complexes précurseurs pour préparer des complexes porteurs de ce ligand. Nous avons dès lors tenté d’obtenir les complexes précurseurs [Ru(TAP)2(diNH2TAP)]2+ et [Ru(TAP)2(tapdione)]2+. La synthèse de ces précurseurs a présenté de nombreux problèmes de chélation, donnant lieu cependant à des complexes très intéressants. Face à ces problèmes, nous nous sommes donc uniquement focalisés sur la synthèse du [Ru(TAP)2(diNH2TAP)]2+. Ce complexe précurseur a ensuite permis d’accéder à des complexes tels que le [Ru(TAP)2(HATPHE)]2+. Les complexes à base du ligand 9,10-diamino-1,4,5,8-tétraazaphénanthrène, à savoir le [Ru(TAP)2(diNH2TAP)]2+ et le [Ru(phen)2(diNH2TAP)]2+ ont ensuite été utilisés pour accéder aux complexes mono- et binucléaires symétriques du TAPHAT. Nous avons ensuite étudié les complexes à base du ligand PHEHAT ainsi que ceux à base du ligand TAPHAT et comparé leurs propriétés photophysiques, photochimiques et électrochimiques. <p>En plus de ces complexes à base de ligands PHEHAT et TAPHAT, nous avons également eu l’occasion de synthétiser des ligands analogues au ligand DPPZ. Nous avons synthétisé deux ligands plus étendus que le DPPZ, à savoir le DPQQX, dont la synthèse avait déjà été rapportée dans la littérature, et le PDPPZ. Bien que les complexes à base du ligand PDPPZ n’aient pas pu être purifiés au cours de cette thèse, nous avons tout de même pu obtenir les complexes [Ru(TAP)2(DPQQX)]2+ et [Ru(phen)2(DPQQX)]2+. Les études photophysiques, photochimique et électrochimiques ont permis de mettre en évidence de nombreuses propriétés intéressantes. De plus, des études poussées en résonance magnétique nucléaire 1H ainsi qu’en dichroïsme circulaire ont permis de montrer un processus d’auto-assemblage en solution. <p>Finalement, en plus de la synthèse de ligands polyazaaromatiques et de leurs complexes de ruthéniumII, nous avons également exploité la technique d’absorption transitoire dans le cadre d’une collaboration avec le laboratoire de résonance magnétique nucléaire. Cet axe de recherche s’est articulé autour de l’utilisation de deux complexes de ruthéniumII à savoir le [Ru(TAP)3]2+ et le [Ru(TAP)2(HAT)]2+. Ces complexes sont capables, sous illumination, de réaliser un transfert d’électron avec un réducteur. Ces processus de transfert d’électron photo-induit entre des réducteurs tels que la GMP, la N-acétyl-tyrosine, l’hydroquinone et les deux complexes de ruthéniumII ont été étudiés par les membres du laboratoire de résonance magnétique nucléaire à l’aide d’une technique dite Photo-Chemically Induced Dynamic Nuclear Polarization (Photo-CIDNP). Notre contribution a été d’investiguer les paramètres de quenching entre ces complexes et les différents réducteurs à l’aide de techniques classiques telles que la détermination de constantes de quenching via des analyses de type Stern-Volmer ainsi qu’à l’aide de techniques plus pointues telles que la photolyse éclair laser. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Notre recherche se divise en deux parties distinctes. La première est issue d’une collaboration avec le Laboratoire de Chimie Organique et Photochimie de l’ULB des Pr. A. Kirsch-De Mesmaeker et C. Moucheron. Les travaux de ce groupe consistent à utiliser des complexes de Ru(II) polyazaaromatiques comme drogues photoactivables ou comme agents de diagnostic dans des systèmes biologiques. Cependant à cause de leur grande hydrophilie, ces complexes de Ru(II) ne peuvent pas pénétrer les membranes cellulaires, ce qui complique leur utilisation comme drogues photoactivables. <p>Afin d’améliorer cette pénétration cellulaire, deux stratégies ont été développées dans le cadre de cette collaboration. La première consistait en la synthèse et l’étude de deux nouveaux complexes de Ru(II) possédant des N,N-ligands facilement fonctionnalisables :[Ru(TAP)2btz]2+ et [Ru(TAP)2pytz]²+. Les études électrochimiques et photophysiques ont montré que l’état ³MLCT de ces complexes était un excellent agent oxydant. Ces complexes pourraient donc photo-réagir avec une guanine pour former un photo-adduit. Néanmoins, une étude photophysique plus détaillée a montré que l’état excité du complexe [Ru(TAP)2pytz]²+ possédait une durée de vie plus longue que celui du [Ru(TAP)2btz]2+. Par ailleurs, le [Ru(TAP)2pytz]²+ est plus photostable dans l’eau que le [Ru(TAP)2btz]2+. Seul, le complexe de Ru(II) constitué de deux ligands TAP et d’un ligand pytz facilement fonctionnalisable pourrait donc être utilisé pour photo-réagir avec des biomolécules dans l’eau.<p>La deuxième stratégie concernait la synthèse et l’étude de complexes de Ru(II) à partir de ligands dérivés de calix[4 ou 6]arènes. Des stratégies de synthèses originales ont été mises au point pour greffer une unité phen ou pytz sur des calix[4 ou 6]arènes mono-fonctionnalisés. Par la suite, des antennes de reconnaissance cellulaire (sucres) ont été introduites sur les positions phénoliques restantes des calixarènes dans le but d’effectuer une vectorisation ciblée. Pour cela, l’alkylation des positions phénoliques par des groupes azido a été mise au point. Ces groupes azido ont alors été mis en réaction avec des sucres possédant une fonction alcyne afin d’obtenir des ligands multivalents. Après, une réaction de complexation avec les précurseurs métalliques de Ru(II), ces différents ligands ont conduit aux nouveaux complexes calix[4 ou 6]arène-Ru(II) désirés.<p>Les propriétés électrochimiques et photophysiques des différents complexes de Ru(II) ont ensuite été étudiées. L’état ³MLCT des différents complexes est un excellent agent oxydant. Cependant, l’étude des propriétés photophysiques a montré que seul le complexe [(TAP)2Rupytz’(diN3C6)2+ était un candidat potentiel pour photo-réagir avec des biomolécules. En effet, un quenching des durées de vie a été observé pour les complexes de Ru(II) possédant des groupes phénol. Il est probablement provoqué par un transfert d’électron intramoléculaire du phénol vers l’état excité du complexe. Un quenching de luminescence a également été observé avec le complexe [(TAP)2Ruphen’(trisN3C4)2+ qui est probablement dû à un TE intramoléculaire du complexe excité vers le groupe azido. Le complexe multivalent n’a pas pu être étudié dans le cadre de ce travail mais il devrait être intéressant pour photo-réagir avec une biomolécule. <p>La seconde partie de ce travail est le fruit d’une collaboration avec le Laboratoire de Matière Condensée et de Systèmes Electroactifs (équipe des Dr. P. Hapiot et C. Lagrost, UMR 6510, Université de RENNES 1) et avec le Pr. O. Reinaud (Laboratoire de Chimie et Biochimie pharmacologiques et toxicologiques, UMR 8610, Université Paris Descartes). <p>Our research is divided into two distinct parts. The first part was developed in collaboration with the Laboratory of Organic Chemistry and Photochemistry of the Professors Andrée De Mesmaeker and Cécile Moucheron (ULB). The research topic of this group consists in using polyazaaromatic Ru(II) complexes as potential drugs in anti-cancer therapy or as diagnostic agents in biological systems. However, because of their high hydrophilicity, these Ru(II) complexes can not penetrate cell membranes which prevents their use as photoreactive drugs.<p>In order to enhance the cellular uptake, two strategies have been developed in the frame of this collaboration. The first one has consisted in the synthesis and study of two new Ru(II) complexes from N,N-ligands that can be readily functionalized: [Ru(TAP)2btz]2+ and [Ru(TAP)2pytz]²+. The photophysical and electrochemical studies have shown that both complexes behave as excellent oxidizing agents in their ³MLCT state. Thus, these complexes could photo-react with a guanine to form a photo-adduct. However, a more detailed examination of the photophysical parameters has shown that the excited state lifetimes of the complex [Ru(TAP)2pytz]²+ is longer than that of [Ru(TAP)2btz]2+. Moreover, the [Ru(TAP)2pytz]²+ is more photostable in water than the [Ru(TAP)2btz]2+. So, the Ru(II) complex obtained by the combination of two TAP ligands and one functionalized pytz ligand is an attractive photoreagent for biomolecules.<p>The second strategy has involved the synthesis and study of Ru(II) complexes from ligands based on calix[4 or 6]arenes. Original strategies have been developed to graft one phen or pytz unit on mono-functionalized calix[4 or 6]arenes. Subsequently, cellular recognition subunits (sugars) were introduced on the phenolic positions of calixarenes in order to perform a targeted vectorization. For this, the alkylation of phenolic positions by azido groups has been developed. These azido groups were then reacted with alkyne-glycoside to obtain multivalent ligands. After a complexation reaction with Ru(II) precursors, these ligands have led to new calix [4 or 6] arene-Ru(II) complexes. <p>Then, the photophysical and electrochemical properties of the different Ru(II) complexes were studied. The various complexes are sufficiently oxydizing in their ³MLCT. However, the study of their photophysical properties has shown that only the complex [(TAP)2Rupytz'(diN3C6)2+ could be a potential candidate to photo-react with biomolecules. Indeed, a quenching of lifetimes has been observed for the Ru(II) complexes with phenolic groups. It is probably due to an intramolecular electron transfer from the phenolic groups to the excited state of the complex. A luminescence quenching was also observed with the complex [(TAP)2Ruphen'(trisN3C4)]2+ probably because of an intramolecular electron transfer from the excited complex to the azido group. The multivalent complex has not been studied but it should be a valuable candidate to photo-react with a biomolecule. <p>The second part of this work is the result of a collaboration with the Laboratory of Condensed Matter and Electroactive Systems (Doctors Philippe Hapiot and Corinne Lagrost team, UMR 6510, Université de Rennes 1) and With the Professor Olivia Reinaud (Laboratory of Chimie et Biochimie pharmacologiques et toxicologiques, UMR 8610, Université Paris Descartes). / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Embryonic stem cells (ESCs) are unique in that they have potential to give rise to every cell type of the body. Little is known about stimuli that promote mouse (m)ESC differentiation and proliferation. Therefore the purpose of this study was to determine the role of Toll Like Receptor (TLR) ligands in mESCs proliferation, survival, and differentiation in the presence of Leukemia Inhibitory Factor (LIF). We hypothesized that TLRs are expressed and functional, and when activated by their ligand will induce survival, proliferation, and prevent differentiation. In this study, mESC line E14 was used to determine the expression of TLRs at the mRNA level and three mESC lines, R1, CGR8, and E14, were used to determine cell surface protein levels. We found expression of TLRs 1, 2, 3, 5, and 6 at the mRNA level, but no expression of TLRs 4, 7, 8, and 9 in the E14 mESC line. We confirmed the presence of TLR-2 but not of TLR-4, protein on the cell surface using flow cytometric analysis for all three cell lines. We focused our studies mainly on TLR-2 using the E14 cell line. Pam3Cys, is a synthetic triacyl lipoprotein and a TLR-2 ligand, which induced a significant increase in mESC proliferation on Days 3, 4, and 5 and enhanced survival of mESC in a dose dependent manner in the context of delayed addition of serum. All the latter experiments were performed in triplicate and student T-test was performed to establish significant differences. Next, we demonstrated functionality of TLR-2 via the MyD88/IKK pathway, where MyD88 was expressed and IKKα/β phosphorylation was enhanced. This was associated with increased NF-κB nuclear translocation upon activation by Pam3Cys. Finally, we showed that there were no changes in expression of mESCs markers Oct-4, KLF-4, Sox-2, and SSEA-1, thus illustrating that the mESCs may have remained in a pluripotent state after activation with the TLR-2 ligand in the presence of LIF. These results demonstrate that mESCs can respond to microbial products, such as Pam3Cys, and can induce proliferation and survival of the mESCs. This finding expands the role of TLRs and has some implications in understanding embryonic stem cell biology.

The objective of this research was to investigate lead speciation in the soil/sediment-water environment and to better understand how the species affect lead mobility under different environmental conditions. The research involved both field soil and sediment samples as well as standard lead solutions. Field samples were fully characterized and extracted by aqueous and organic solvents. The results were compared and evaluated with the metal speciation model, MINTEQA2. Hydrolytic polymerization and organic complexation studies were conducted with standard lead solutions under controlled experimental conditions. Results of the field samples showed that pH, dissolved cations, ionic strength, dissolved organic matter, and nature of the soil/sediment matrix play major roles in the distribution and mobility of lead (Pb) from contaminated sites. In the aqueous equilibration experiment, the magnitude of Pb2+ solubilization was in the order of pH4>pH7>pH9. The results were in good agreement with MINTEQA2 predictions. An important finding of the research is the detection of Pb polymerization species under controlled experimental conditions. At pH 5.22, Pb polymeric species were formed at rate of 0.03 per day. The role of Pb complexation with organic matter was evaluated in both field and standard samples. Different methodologies showed three types of organically bound Pb. A very small fraction of Pb, in the ppb range, was extractable from the contaminated soil by polar organic solvents. Sequential extractions show that 16.6±1.4 % of the Pb is organically complexed. Complexation of Pb with fulvic acid provided new information on the extent of Pb association with soluble organic matter. The overall results of this research have provided new and useful information regarding Pb speciation in environmental samples. The results, in several instances, have provided verification of MINTEQA2 model's prediction. They also revealed areas of disagreement between the models prediction and the experimental results. A positive note regarding the experimental work done in the research is the verification of the mass balance in all the repeated experiments.

CCR5 est un récepteur couplé aux protéines G répondant aux CC-chimiokines MIP-1&61537; MIP-1&61538; RANTES et MCP-1. Le récepteur structurellement le plus proche est CCR2b, qui répond à MCP-1. CCR5 est exprimé à la surface des lymphocytes T mémoire, les monocytes, macrophages et cellules dendritiques. Ce récepteur joue un rôle important dans l'établissement des réponses inflammatoires contre les agents pathogènes, mais aussi dans la pathogenèse de maladies inflammatoires chroniques. CCR5 constitue aussi avec CXCR4 un des co-récepteurs qui permettent l'entrée du virus de l'immunodéficience humaine dans ses cellules cibles. CCR5 présente donc un grand intérêt en thérapeutique, et tous les éléments susceptibles de mieux comprendre sa structure, ses mécanismes d'activation ou ses cascades de signalisation sont à même de contribuer au développement d'agents à usage thérapeutique.<p>Deux nouveaux concepts sont apparus dans la littérature au cours des quelques années qui ont précédé le début de notre travail. D'une part, il est apparu que les récepteurs couplés aux protéines G pouvaient interagir directement avec un éventail de partenaires intracellulaires et réguler de cette façon des cascades de signalisation indépendamment des protéines G hétérotrimériques. D'autre part, un nombre croissant de récepteurs se sont révélés capables de former des homodimères et des hétérodimères. Nous avons dès lors appliqué ces deux concepts à l'étude de CCR5. <p>Nous avons donc recherché de nouveaux partenaires de CCR5 par deux approches complémentaires, le double hybride et le « GST-pulldown ». Dans les deux cas, nous nous sommes focalisé sur le domaine C-terminal du récepteur CCR5, d'une part parce que la majorité des interactions mises en évidence pour d'autres récepteurs concernent ce domaine, d'autre part parce que l'extrémité C-terminale de CCR5 est conservée dans l'évolution et comporte différents motifs dont la relevance fonctionnelle a été démontrée. Par ailleurs, nous avons appliqués les techniques d’immunoprécipitation et de BRET pour étudier les phénomènes d’homodimérisation de CCR5, ainsi que son hétérodimérisation avec le récepteur apparenté CCR2b. Les conséquences fonctionnelles de ces interactions ont ensuite été étudiées.<p>Par les techniques de double hybride et de pull-down, nous n’avons pas pu identifier de nouveaux partenaires de CCR5. Seules des interactions non-spécifiques ont pu être mises en évidence. Malgré une recherche intensive menée par d’autres groupes, un seul nouveau partenaire de CCR5 a été décrit entre-temps dans la littérature.<p>Lors des études d'oligomérisation de récepteurs, nous avons mis en évidence la formation d'homodimères de CCR5 et CCR2b par des expériences d’immunoprécipitations et de BRET, ainsi que d'hétérodimères CCR5-CCR2b. Les conséquences fonctionnelles de ces observations sur la liaison de chimiokines, la signalisation et l'internalisation des récepteurs ont été étudiées. Contrairement aux données de la littérature, nous n'avons pas montré de coopérativité positive entre les récepteurs co-exprimés, quant à leur capacité à induire la libération de calcium intracellulaire. Par contre, nous avons mis en évidence une coopérativité négative en termes de liaison de chimiokines. Il apparaît ainsi que chaque dimère ne peut lier qu'une seule chimiokine, et qu'en conséquence, les ligands d'un récepteur peuvent entrer en compétition avec la liaison d'un traceur sur l'autre récepteur au sein d'un hétérodimère. Ces dimères de récepteurs apparaissent cependant comme dissociables, suite à la liaison d'agonistes ou de chimiokines induisant leur internalisation, car aucun phénomène de co-internalisation ne peut être mis en évidence. Ces observations, qui sont originales dans le domaine des récepteurs couplés aux protéines G, peuvent sans doute être généralisées à l'ensemble des récepteurs de chimiokines, voire à d'autres classes de récepteurs. Elles sont importantes pour l'interprétation de la pharmacologie des récepteurs dans leur environnement naturel, et sont susceptibles de développements importants permettant de mieux comprendre la structure des dimères, la dynamique de leur association, et les mécanismes d'activation des récepteurs en général au sein de leur structure dimérique. / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Low affinity Fcg receptor III (FcgRIII, CD16) triggers a variety of cellular events upon binding to the Fc portion of IgG. A real-time flow cytometry method was developed to measure the affinity and kinetics of such low affinity receptor/ligand interactions, which was shown as an easily operated yet powerful tool. Results revealed an unusual temperature dependence of reverse rate of CD16aTM dissociating from IgG. Except for a few studies using mammalian cell CD16s, most kinetics analyses use purified aglycosylated extracellular portion of the molecules, making it impossible to assess the importance of the receptor anchor and glycosylation on ligand binding. We used a micropipette adhesion frequency assay to demonstrate that the anchor length affects the forward rate and affinity of CD16s for IgG in a species specific manner, most likely through conformational changes. Receptor glycosylation dramatically reduced ligand binding by 100 folds. T cell receptor (TCR) is arguably the most important receptor in the adaptive human immune system. Together with coreceptor CD4 or CD8, TCR can discriminate different antigen peptides complexed with major histocompatibility complex (MHC) molecule (pMHC), which differ by as few as only one amino acid, and trigger different T cell responses. When T cell signaling was suppressed, TCR had similar affinity and kinetics for agonist and antagonist pMHC whose binding to CD8 was undetectable. TCR on activated T cell had a higher affinity for pMHCs, suggesting that TCRs organize themselves differently on activated T cells than on naïve T cells. In the absence of inhibitors for signaling, TCR binds agonist pMHC with several orders of magnitude higher affinity than antagonist pMHC. In addition, engagement of TCR by pMHC signals an upregulation of CD8 binding to pMHC, which is much stronger than the TCR-pMHC binding. The transition from weak TCR binding to the strong CD8 binding takes place around 0.75 second after TCR in contact with pMHC and can be reduced by several inhibitors of tyrosine and lipid phosphorylation, membrane rafts, and actin cytoskeleton. These results provide new insights to understanding T cell discrimination.

Mécanismes d’activation et conséquences fonctionnelles de la dimérisation des récepteurs aux chimiokines<p><p>Les chimiokines sont de petites protéines qui régulent la migration des cellules immunitaires. Elles exercent leur action en se liant à des récepteurs appartenant à la famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) dont la fonction est intimement liée à la régulation des cellules immunitaires. Notre laboratoire étudie depuis plusieurs années les relations reliant la structure et la fonction des récepteurs aux chimiokines. Ces dernières années, un nouveau concept est venu révolutionner le mode de fonctionnement des RCPGs. En effet, des travaux ont montré que la plupart des RCPGs sont capables de former des dimères. Le but de cette thèse de doctorat est d’étudier de manière systématique la dimérisation des récepteurs aux chimiokines et d’analyser les conséquences fonctionnelles de la dimérisation. <p><p>Dimérisation des récepteurs humains aux chimiokines et conséquences fonctionnelles<p><p>En utilisant une technique biophysique basée sur un transfert d’énergie de luminescence (BRET) nous avons montré au cours de ce travail de thèse que les récepteurs CCR1, CCR2, CCR5, CCR7 et CXCR4 sont capables de former des homodimères et des hétérodimères. De plus, une dimérisation entre ChemR23, dont le ligand naturel, la chémérine, est structurellement différent des chimiokines, et les récepteurs CCR7 et CXCR4, a également été identifiée. <p><p>D’un point de vue fonctionnel, des expériences réalisées au laboratoire dans le cadre d’un autre travail de thèse ont identifié une forme de compétition croisée entre CCR2, CCR5 et CXCR4 où la liaison de ligands (agonistes ou antagonistes) spécifiques de l'un des deux récepteurs inhibe la liaison des ligands spécifiques de l’autre. Ces effets ont été démontrés sur des cellules recombinantes mais aussi sur des cellules immunes et dans un modèle in vivo. (El-Asmar, 2005; Springael, 2006; Sohy, 2007; Sohy, 2009). Au cours de ce travail, nous nous sommes dans un premier temps focalisés sur les <p>hétéromères de ChemR23 avec CXCR4 et CCR7 et nous avons ensuite étudié plus en profondeur les hétéromères de CCR7. Concernant la dimérisation de ChemR23 avec les récepteurs aux chimiokines CCR7 et CXCR4, nous avons pu mettre en évidence une coopérativité négative de liaison entre les agonistes des récepteurs comme cela avait pu être démontré pour CCR2/CCR5/CXCR4. Par contre, nous n’avons observé aucun effet de compétition hétérologue ou d’inhibition fonctionnelle croisée de l’AMD3100 sur ChemR23 quand il est coexprimé avec CXCR4. De manière additionnelle, nous avons pu observer cette compétition croisée sur des cellules dendritiques murines immatures, démontrant l’existence des effets de l’hétérodimérisation lorsque les récepteurs sont exprimés à un niveau physiologique. Lors de l’étude approfondie des hétéromères de CCR7, nous avons montré que les conséquences fonctionnelles de l’hétérodimérisation de CCR7 sont différentes suivant le récepteur avec lequel il interagit. Pour l’hétérodimère CCR7/CCR2, nous avons identifié une forme de compétition croisée, où la liaison de ligands spécifiques de l'un des deux récepteurs inhibe la liaison des ligands spécifiques de l’autre, rejoignant les effets mis en évidence pour les hétéromères CCR2/CCR5/CXCR4. Ensuite, nous avons montré pour l’hétérodimère CCR7/CCR5 que les ligands de CCR7 sont capables d’inhiber la liaison des ligands spécifiques sur CCR5 mais que l’inverse n’est pas vrai. Enfin, pour l’hétérodimère CCR7/CXCR4, nous n’avons pas pu mettre en évidence d’inhibition croisée, que ce soit dans un sens ou dans l’autre. D’autre part, un effet inhibiteur de CCR7 a également été identifié pour les hétéromères CCR7/CCR5 et CCR7/CXCR4. Nous avons pu montrer que l’expression de CCR7 exerce un effet négatif sur la réponse fonctionnelle de certains récepteurs hétérologues comme CCR5 et CXCR4 mais pas CCR2 ou ChemR23.<p><p>L’ensemble de ces données permet de mieux comprendre les interactions entre récepteurs et pourrait mener à l’identification de nouvelles cibles pour les programmes de recherche de molécules thérapeutiques, qui, jusqu’à présent, ciblaient presque exclusivement un seul et unique récepteur.<p><p>Etude du mécanisme d’activation du récepteur CCR5 et étude de la relation entre activité constitutive et dimérisation.<p><p>De nombreux travaux ont été menés ces dernières années afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires à la base de l’activation des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Il apparaît que les RCPGs peuvent se trouver dans plusieurs états conformationnels, dont certains sont favorisés par la présence d’agonistes ou d’antagonistes, ou encore d’anticorps reconnaissant des épitopes conformationnels. Certaines mutations peuvent également induire la stabilisation de certaines conformations, actives ou inactives. Pour les RCPGs appartenant à la famille de la rhodopsine, il en a résulté un modèle selon lequel les récepteurs sont maintenus dans une conformation inactive par un ensemble d’interactions ioniques impliquant l’arginine (R3.50) d’un motif DRY conservé, présent à l’extrémité cytosolique du troisième segment transmembranaire. Les interactions responsables de ce qu’on appelle le « DRY-lock » feraient intervenir notamment l’aspartate (D3.49) adjacent de l’arginine et un aspartate ou glutamate (D/E6.30) localisé au sein de l’hélice 6. Selon ce modèle, la liaison d’un agoniste, ainsi que certaines mutations, favoriseraient la rupture de ces interactions ioniques, et une conformation permettant aux récepteurs de se coupler plus efficacement aux protéines G. Des résultats du laboratoire indiquent cependant que ce modèle ne serait pas transposable complètement au récepteur CCR5. <p><p>CCR5 possède intrinsèquement une activité constitutive en absence d'agoniste. Cette activité peut être mise en évidence par l'action d'un des antagonistes de CCR5, le TAK-779, qui s'est révélé posséder une activité de type agoniste inverse. D'autre part, CCR5 possède au sein de l'hélice 6 une arginine en position 6.30 et non pas un glutamate ou un aspartate. Une arginine à cette position ne peut donc contribuer au maintien d’une conformation inactive par interaction avec R3.50 .Dans le but de tester le modèle de « DRY-lock » sur CCR5 et de mieux comprendre les interactions moléculaires impliquées dans l’activation du récepteur, plusieurs récepteurs mutants ont été construits au laboratoire. Tout d’abord, l’arginine 3.50 du motif DRY a été mutée en Asn (R3.50N) afin de rompre les interactions ioniques de ce résidu. L’aspartate 3.49 a été muté en Asn (D3.49N) ou en Val (D3.49V), afin de neutraliser une des interactions du « DRY-lock » (Lagane, 2005). L’arginine 6.30 a été mutée d’une part en Asp (R6.30D) ou en Glu (R6.30E), afin de rétablir une possibilité d’interaction avec R3.50, d’autre part en Ala (R6.30A) et en Gln (R6.30Q) afin de mieux cerner le rôle de la charge de l’arginine. Afin de tester l’hypothèse d’interaction entre le résidu 6.30 et le résidu 2.40, l’aspartate 2 .40 a été mutée en Ala (D2.40A) ou en Arg (D2.40R) et des récepteurs présentant les deux mutations ont également construits (D2.40A/R6.30A et D2.40R/R6.30D). L’ensemble des résultats obtenus par l’analyse de ces mutants a permis de montrer que la nature des interactions entre l’extrémité cytosolique des hélices 3 et 6 influence l’activité du récepteur CCR5 (Springael, 2007). Une interaction forte conduit à une forme de récepteur inactif alors qu’une interaction faible s’accompagne d’une augmentation d’activité constitutive. Cette propriété de CCR5 serait donc partagée avec d’autres récepteurs appartenant à la famille de la rhodopsine. Cependant les interactions inter-hélice stabilisant ces conformations seraient différentes pour CCR5. D’autre part, l’étude de la position 2.40 laisse supposer l'importance du résidu aspartate 2.40 dans le maintien d'une conformation permettant l'activité constitutive du récepteur. Nous avons également testé s’il existait une corrélation entre activité constitutive et capacité du récepteur CCR5 à former des dimères, mais les résultats ne nous ont pas permis de mettre en évidence une quelconque relation entre activité et dimérisation.<p><p> <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs) représentent une famille génique parmi les plus nombreuses du génome humain avec plus de 1000 représentants identifiés. Ils ont été classés en sous-familles en fonction de leurs homologies de séquence, la structure de leurs ligands et leur rôle physiologique. Ils régulent un très grand nombre de fonctions physiologiques comme la tension artérielle, le métabolisme, la plupart des actions hormonales et de très nombreuses fonctions cérébrales, et constituent de ce fait des cibles privilégiées pour les agents thérapeutiques. <p>\ / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished