CCR5 est un récepteur couplé aux protéines G répondant aux CC-chimiokines MIP-1, MIP-1, 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. 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. 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. 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. 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.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Les récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs) sont des protéines à sept domaines transmembranaires (TM) impliquées dans la médiation des stimuli tels la lumière, les odeurs, les neuromédiateurs et les hormones à travers la membrane plasmique. La détermination des bases structurales de la liaison et de l'activation des GPCRs est d'une importance capitale dans notre compréhension de ces phénomènes, et à plus forte raison dans le développement de nouveaux médicaments, comme en témoigne le fait que plus de la moitié des médicaments actuellement sur le marché ciblent directement ou indirectement ces récepteurs. Cependant, leur caractéristique membranaire défie les limites actuelles des méthodes de détermination de structure par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) ou par diffraction des rayons X et la seule structure de GPCR déterminée expérimentalement à ce jour est celle de la rhodopsine bovine (bRho) (PALCZEWSKI et al., 2000). Malgré une identité de séquence limitée entre ces récepteurs, la présence de plusieurs résidus strictement conservés dans les 7 TMs des GPCRs classés dans la famille A suggère qu'ils partagent un même mécanisme moléculaire d'activation. De plus, il a été montré que la mutation du résidu conservé N[indice supérieur 3.35] mène à l'activation constitutive de plusieurs GPCRs, dont les récepteurs PAF, B[indice inférieur 2], CXCR4 et hAT[indice inférieur 1]. Par ailleurs l'analyse du modèle du récepteur hAT[indice inférieur 1] basé sur l'homologie avec la bRho révèle une interaction entre le résidu N111[indice supérieur 3.35] et un résidu strictement conservé, D74[indice supérieur 2.50]. Fait intéressant, des expériences précédentes ont montré que la mutation du résidu D74[indice supérieur 2.50] conserve l'affinité du récepteur pour le ligand AngII mais empêche l'isomérisation de hAT[indice inférieur 1] dans une forme active capable d'activer la protéine G et de médier la transduction du signal à travers la membrane plasmique (HUNYADY et al., 1994). Dans la présente étude, une analyse approfondie du modèle du récepteur de type 1 de l'angiotensine II (hAT[indice inférieur 1]) combinée aux essais de production d'IP de récepteurs hAT[indice inférieur 1] mutants conçus de façon rationnelle appuie l'importance d'une interaction entre des résidus conservés (D74[indice supérieur 2.50] et N111[indice supérieur 3.35]) dans la stabilisation de l'état inactif du récepteur. Ainsi, la mutation de N111[indice supérieur 3.35] pour un résidu glycine déstabilise la forme inactive du récepteur, favorisant son isomérisation dans une forme active. Au contraire, la mutation du résidu D74[inidce supérieur 2.50] pour une asparagine stabilise hAT[indice inférieur 1] dans une forme inactive, empêchant l'isomérisation du récepteur dans une forme active.Les variations locales du potentiel électrostatique dans l'intérieur majoritairement hydrophobe du récepteur et de ses mutants suggèrent que la solvatation optimale de D74[indice supérieur 2.50] est critique dans l'isomérisation de hAT[indice inférieur 1] dans une forme active. La présence de plusieurs autres résidus conservés polaires à proximité de D74[indice supérieur 2.50] corrobore l'importance de la solvatation de ce résidu dans la perspective d'un mécanisme d'activation conservé pour tous les GPCRs de la famille A.

Les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) constituent la plus grande famille de protéines localisées à la membrane plasmique. Toutefois, les mécanismes moléculaires régissant leur liaison avec leurs ligands et la transduction du signal qui s’ensuit sont encore mal compris. Nous avons donc cherché à mieux comprendre le mécanisme de liaison d’un ligand avec son récepteur, et ainsi caractériser le premier événement de la cascade pharmacologique déclenché par ces GPCR. Nous nous sommes intéressés au récepteur de l’urotensine-II (UT), car celui-ci fait partie de la catégorie des récepteurs peptidergiques qui demeure encore à ce jour peu comprise au niveau de leur structure et de leur mode de liaison. D’un point de vue physiologique, ce récepteur joue notamment un rôle important au niveau cardiovasculaire ainsi que dans certaines pathologies comme l’hypertension ou le diabète. Nous avons donc cherché à identifier l’ensemble des résidus participant à la pochette de liaison du récepteur UT en appliquant la méthode SCAM (Substituted Cysteine Accessibility Method) et en procédant à la substitution individuelle des résidus des TM1, TM2, TM3, TM4 et TM5 avec une cystéine. Par la suite, les paramètres pharmacologiques de ces mutants ont été mesurés à l’aide d’études de radioliaison avec le ligand [[indice supérieur 125]I]UII. Suite au traitement avec de l’hydrobromure de 2-aminoethyl-méthanethiosulfonate (MTSEA), nous avons ainsi pu mettre en évidence que les mutants I54C[indice supérieur (1.35)] du TM1, Y100C[indice supérieur (2.53)], S103C[indice supérieur (2.56)], F106C[indice supérieur (2.59)], I107C[indice supérieur (2.60)], T110C[indice supérieur (2.63)] et Y111C[indice supérieur (2.64)] du TM2, L126C[indice supérieur (3.28)], F127C[indice supérieur (3.29)], F131C[indice supérieur (3.33)] et M134C[indice supérieur (3.36)] du TM3 et M184C[indice supérieur (4.60)] et I188C[indice supérieur (4.64)] du TM4, n’étaient plus capables de lier [indice supérieur 125]I-UII, démontrant ainsi une orientation de ces positions face à la pochette de liaison du récepteur UT. L’ensemble de ces travaux nous ont permis d’acquérir une meilleure compréhension des déterminants moléculaires de la liaison menant à l’activation du récepteur UT. En associant ces résultats avec nos travaux précédents, nous sommes en mesure de présenter un modèle moléculaire complet de la pochette de liaison du récepteur UT de rat en complexe avec le ligand UII. Cette étude permet ainsi d’offrir une meilleure compréhension du processus de liaison et d’activation des GPCR peptidergiques de la classe A. En absence de structure cristalline du récepteur UT, ce modèle constitue un outil pharmacologique de choix qui pourra servir notamment à la conception rationnelle de nouveaux ligands thérapeutiques ciblant le système urotensinergique.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sont les cibles de 50% des médicaments actuellement sur le marché pharmaceutique. La compréhension de leur mode de fonctionnement est donc essentielle au développement de nouvelles molécules capables de cibler spécifiquement ces récepteurs. Ces dix dernières années, les technologies de transfert d'énergie ont permis de révéler la capacité des RCPG, longtemps considérés comme monomériques, à s'organiser en dimères voire en structures oligomériques plus grandes. Toutefois, la caractérisation précise de cette stœchiométrie d'assemblage implique la mise au point de méthodes adaptées. <br />Au cours de ce travail de thèse nous avons développé une approche de FRET en temps résolu permettant de mettre en évidence, à l'aide d'anticorps marqués, des interactions de sous-unités de RCPG à la surface de cellules vivantes. En choisissant le récepteur GABAB comme modèle d'étude, cette approche a permis de révéler l'homo- et l'hétérodimérisation de ce récepteur à la surface cellulaire. De plus, en condition de perméabilisation des cellules, l'oligomérisation de la sous-unité GABAB1 retenue dans les compartiments intracellulaires a pu être caractérisée par cette même approche.<br />Afin d'analyser plus précisément l'organisation du récepteur GABAB, nous avons mis au point une deuxième méthode permettant de marquer irréversiblement à l'aide de fluorophores les sous-unités GABAB1 et GABAB2 présentes à la surface cellulaire. La combinaison de cette méthode de marquage (SNAP-tag) avec une analyse de FRET en temps résolu a permis de caractériser l'organisation oligomérique de ce récepteur. Ainsi, le récepteur GABAB, connu pour être un hétérodimère obligatoire, semble capable de former des oligomères via la sous-unité GABAB1 qui représente un point de contact entre deux hétérodimères. Le rôle d'une telle organisation sur la fonction de ce récepteur reste toutefois indéterminé.

Les cellules phagocytaires constituent la première ligne de défense contre les pathogènes. Leur migration dirigée vers le site infectieux et leurs fonctions microbicides sont l'aboutissement de voies de signalisation intracellulaires sollicitées par la stimulation de récepteurs couplés aux protéines G, les récepteurs de chimioattractants. Après fixation du ligand et transmission du signal par la protéine G, les récepteurs sont phosphorylés et interagissent avec les b-arrestines, protéines d'échafaudage concourrant à l'internalisation des récepteurs. Plusieurs exemples récents suggèrent que les b-arrestines pourraient également participer à la signalisation. <br />Le travail présenté dans ce mémoire concerne les récepteurs de la famille FPR (Formyl Peptide Receptor) et plus spécialement le récepteur FPRL1 (FPR-like 1), pour lesquels de nouveaux agonistes dérivant de protéines bactériennes ou mitochondriales humaines ont été identifiés. La phosphorylation du récepteur FPRL1 a été caractérisée. Il a été montré que les Β-arrestines interagissent avec celui-ci et qu'elles sont indispensables à son internalisation. Diverses approches ont conclu que l'activation rapide des MAP kinases ERK1/2, enclenchée par la stimulation du récepteur FPRL1, est majoritairement dépendante de la protéine G héterotrimérique et qu'il n'y pas de signalisation transmise par les b-arrestines. Enfin, une analyse protéomique des complexes multi-protéiques bâtis autour du couple FPRL1/b-arrestine a été menée par la méthode TAP (Tandem Affinity Purification). Le complexe adaptateur AP3, homologue d'AP2 a été identifié comme partenaire des b-arrestines après stimulation du récepteur FPRL1.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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