Il est admis que l’axe endothéline (endothélines ET-1, -2 et -3 et leurs RCPG ETAR et ETBR), participe à la progression tumorale. Alors qu’ETAR est par exemple surexprimé dans le cancer de l’ovaire, ETBR l’est dans le mélanome. Cette surexpression, ainsi que l’implication d’ETA/BR dans la carcinogenèse, font de ces RCPG une cible tumorale pertinente. En raison de leurs forte spécificité, actions cytotoxiques variées, possibilités de couplage, les anticorps monoclonaux (AcM) sont des outils de choix en diagnostic et thérapie anti-cancéreuse. Cependant, on déplore actuellement l’absence d’AcM ciblant des RCPG sur le marché. Par une technique d’immunisation génique, 4 AcM anti-ETAR et 24 anti-ETBR ont été produits. Les résultats préliminaires obtenus avec les anti-ETAR sont prometteurs puisque ces AcM lient avec une haute affinité ETAR surexprimé dans des cellules CHO, l’un d’eux inhibant fortement la liaison du ligand. Mon travail de thèse s’est cependant concentré sur la caractérisation d’un anti-ETBR. Cet AcM reconnaît de façon spécifique et avec une forte affinité la conformation native d’ETBR surexprimé à la surface de cellules de mélanomes, suggérant l’existence d’une forme tumorale du récepteur. Suite à sa liaison aux cellules UACC-257 (lignée de mélanome), l’AcM se trouve internalisé. Dans ces cellules, malgré son incapacité à inhiber la liaison de l’ET, cet AcM inhibe l’activation de la voie PLC induite par le ligand et est également un fort inhibiteur de la migration due à l’activation de l’axe endothéline. Ces travaux soulignent l’intérêt de cet AcM comme outil diagnostique et thérapeutique dans le cas du mélanome. / It has been admitted that endothelin axis (endothelins ET-1, -2 and -3 and related GPCRs ETAR and ETBR) is involved in tumor progression. For instance, while ETAR is overexpressed in ovarian cancer, ETBR is in melanoma. This overexpression, as well as ETA/BR involvement in carcinogenesis, make these GPCRs a relevant tumor target. Because of their high specificity, various cytotoxic actions, possibilities of coupling, the monoclonal antibodies (mAbs) are useful tools in diagnosis and anti-cancer therapy. However, the absence of mAbs targeting GPCRs on the market is regrettable. Thanks to DNA immunization, 4 anti-ETAR mAbs and 24 anti-ETBR mAbs were produced. Preliminary results obtained with anti-ETAR are promising since these mAbs bind ETAR overexpressed in CHO cells with high affinity, one of them being a potent inhibitor of ligand binding. However, the aim of my PhD research works focused on the characterization of one anti-ETBR. This mAb specifically recognizes with high affinity the native conformation of ETBR overexpressed on the surface of melanoma cells, suggesting the existence of a tumor-specific receptor. Following its binding on UACC-257 cells (melanoma cell line), the mAb is internalized. In these cells, despite its inability to inhibit ET binding, this mAb is able to inhibit the ligand-induced activation of PLC pathway and display a potent inhibition of endothelin axis-induced migration. This work highlights the interest of this mAb as a tool for diagnosis and therapy in melanoma.

La mélatonine est une neuro-hormone secrétée par la glande pinéale pour réguler les rythmes circadiens, le sommeil, la physiologie de la rétine, la reproduction saisonnière et diverses fonctions neuronales. La mélatonine exerce ses fonctions en se liant à deux récepteurs membranaires appelés MT1 et MT2 qui appartiennent à la famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Les RCPG sont connus pour former des homo- et hétérodimères mais la pertinence physiologique de ces complexes reste à démontrer. Plusieurs études montrent que la fonction de ces complexes ne se limite pas à la régulation des protéines G hétérotrimériques, mais inclue également la régulation d'autres protéines comme les transporteurs et les canaux ioniques. Dans ce travail, nous rapportons la formation d'hétérodimères MT1/MT2 dans les photorécepteurs de la rétine de souris et nous montrons que l’augmentation de la sensibilité de ces cellules à la lumière par la mélatonine requiert l'activation de la voie Gq/PLC/PKC qui est spécifique de l’hétéromère. Cette étude confirme alors la pertinence physiologique de l’hétérodimérisation des récepteurs de la mélatonine.Nous avons ensuite cherché à identifier de nouveaux partenaires de MT1 et MT2 en effectuant plusieurs cribles protéomiques et génétiques et un interactome de 378 protéines a pu être construit. L'analyse bioinformatique a révélé la présence de plusieurs protéines présynaptiques (canaux calciques voltage-dépendants Cav2.2, SNAP25, Synapsin et Munc-18) dans l'interactome MT1. Parmi ces partenaires, nous avons montré dans les cellules CHO que le récepteur MT1 interagit avec la protéine Cav2.2 et inhibe l’entrée du calcium d'une manière indépendante de la stimulation par l’agoniste, ce qui suggère un rôle régulateur de MT1 dans la libération des neurotransmetteurs.Un autre partenaire caractérisé est le transporteur de la dopamine DAT. L'interaction physique de DAT avec les récepteurs de la mélatonine diminue l’expression de DAT à la surface cellulaire et diminue l'absorption de la dopamine dans les cellules HEK293. La pertinence physiologique de ces observations a été appuyée par l’augmentation de la recapture de la dopamine dans les synaptosomes du striatum de souris knock-out pour les récepteurs de la mélatonine. En conclusion, ce rapport montre que la construction des interactomes des RCPG offre de nouvelles perspectives pour la découverte de nouvelles fonctions de ces récepteurs, comme les fonctions rétiniennes et neuronales des récepteurs de la mélatonine dans notre étude. La formation de complexes RCPG/RCPG, RCPG/canaux ioniques et RCPG/transporteurs peut avoir un effet fonctionnel réciproque au niveau de l’activité du récepteur et de ces partenaires, mettant ainsi en évidence de nouveaux mécanismes moléculaires de cross-talk cellulaire. / Melatonin is a neurohormone secreated by the pineal gland in a circadian manner. This hormone is involved in the regulation of circadian rhythms, sleep, retinal physiology, seasonal reproduction and various neuronal functions. Melatonin exerts its effects through two G protein-coupled receptors (GPCR) called MT1 and MT2. GPCRs are known to form homo- and heterodimers, but the physiological relevance of these complexes remains a matter of debate. An increasing number of reports show that the function of these GPCR complexes is not restricted to the regulation of heterotrimeric G proteins but include also the regulation of other proteins like transporters and ion channels. Here, we report the formation of MT1/MT2 heterodimers in mouse retinal rod photoreceptors and show that the enhancing effect of melatonin on light sensitivity in these cells requires the activation of the heteromer-specific Gq/PLC/PKC signaling pathway. This study demonstrates the physiological relevance of GPCR heterodimerization.We next searched for new MT1 and MT2 interacting proteins in an unbiased manner by performing several proteomic and genetic screens. An interactome of 378 proteins was built. Bioinformatic analysis revealed the presence of several presynaptic proteins (voltage-gated calcium channel Cav2.2, SNAP25, Synapsin and Munc-18) in the MT1 interactome. Presynaptic localization of MT1 and spatial proximity with presynaptic proteins was confirmed in mouse and rat brains. Among these potential partners, we show that MT1 physically interacts with Cav2.2 in CHO cell line and inhibits Cav2.2-promoted Ca2+ entry in an agonist-independent manner suggesting a regulatory role of MT1 in neurotransmitter release.Another proteins identified in the screens was the dopamine transporter DAT. Physical interaction of DAT with melatonin receptors decreased DAT cell surface expression and diminished dopamine uptake in HEK293 cell. Supporting this result we found using the in vivo model of melatonin receptors knockout mice a respective increase of dopamine uptake in synaptosomal preparations of the striatum of supporting the physiological relevance of these GPCR/transporter complexes. In conclusion, this report shows that GPCR interactome building provides new insights into receptor function, like retinal and neuronal functions of melatonin receptors in our case. Formation of GPCR/GPCR, GPCR/ion channel and GPCR/transporter complexes may have a reciprocal functional impact, on the activity of the receptor and interacting partners thus elucidating new molecular mechanisms cellular cross-talk.

Les neuropeptides tels que la vasopressine et l’ocytocine, hormis leurs actions périphériques bien connues, régulent de nombreuses fonctions cognitives et comportementales via une action centrale. Récemment, il a été démontré que la vasopressine régule, par le biais des récepteurs centraux V1A, V1B et OT de l’ocytocine, l’humeur, l’apprentissage et les désordres affectifs évoluant dans le système limbique. Néanmoins, les isoformes V1A et V1B restent les moins étudiées, souffrant d’un manque d’outils pharmacologiques sélectifs. Chez le rat, un modèle animal des plus utilisé en laboratoire, aucun agoniste de haute affinité sélectif du récepteur V1A n’a été caractérisé. De la même façon pour le récepteur V1B, nous manquons d’outils sélectifs permettant sa localisation dans le système nerveux central. D’où la nécessité de développer de nouvelles molécules sélectives pour répondre à ces besoins. Ceci nous a conduit, lors de ce travail de thèse, à privilégier deux axes de recherches ciblant : Le récepteur V1A.Cette partie concerne la caractérisation des propriétés pharmacologiques d’un nouveau composé, le FE 201874. Ce composé, dérivé du F-180 a été présenté comme un agoniste sélectif du récepteur V1A humain à courte durée de vie. Les résultats de cette étude ont confirmé que le FE 201874 est un très bon ligand sélectif V1B/V1A et V2/V1A vis à vis des expériences de liaison et peu sélectif OT/V1A, ce composé ayant une affinité non négligeable pour le récepteur OT. Son caractère, agoniste V1A et antagoniste OT lui confère une sélectivité complète V1A pour toute approche fonctionnelle. La validation des résultats s’est faite également par des approches ex vivo et in vivo qui ont confirmé le caractère agoniste sélectif du FE 201874. Notre étude a permis donc à la caractérisation du premier agoniste sélectif du récepteur V1A chez le rat. Ce peptide sélectif serait particulièrement utile pour développer de nouvelles stratégies thérapeutiques ou pour les études pharmacologiques ayant pour but de mieux comprendre les rôles centraux de ces récepteurs dans les pathologies comportementales et les pathologies liées au stress. Le récepteur V1B Cette partie concerne la caractérisation des propriétés pharmacologiques et de marquage de ligands fluorescents dérivés de la d[Leu4,Lys8]VP, le premier agoniste sélectif du récepteur V1B, en vue d’étudier la distribution centrale des récepteurs V1B chez le rat. Les résultats obtenus ont montré que les 3 analogues testés sont des agonistes sélectifs V1A/V1B et V2/V1B et peu si ce n’est pas sélectif OT/V1B. Leur capacité à marquer les récepteurs V1B en système hétérologue de culture cellulaire et en culture cellulaire primaire a également été évaluée, démontrant que ces ligands fluorescents représentent d’excellents outils pour le marquage et l’étude de la localisation des récepteurs V1B. Ces ligands ont ensuite été utilisés sur coupes fraiches de cerveau de rat pour l’étude de la distribution des récepteurs V1B centraux dans les régions impliquées dans les différents processus comportementaux. Plusieurs sites ont été détectés parmi lesquels l’hippocampe, du cortex, de l’amygdale, de l’hypothalamus le bulbe olfactif Enfin, en tenant compte de la nature agoniste de ces ligands fluorescents, l’activation de la voie MAP kinase au niveau des tranches cérébrale a été également mise en évidence. / Neuropeptides such as vasopressin and oxytocin, apart from their well-known peripheral actions, regulate many cognitive and behavioral functions via central action. Recently, it has been demonstrated that vasopressin regulates, through the central receptors V1A, V1B and OT of oxytocin, mood, learning and affective disorders evolving in the limbic system. Nevertheless, the V1A and V1B isoforms remain the least studied, suffering from a lack of selective pharmacological tools. In the rat, an animal model most used in the laboratory, no agonist of high selective affinity of the receptor V1A was characterized. In the same way for the V1B receptor, we lack selective tools allowing its localization in the central nervous system. Hence the need to develop new selective molecules to meet these needs. This led us, in this thesis, to focus on two axes of research aimed at

Les prokinéticines sont des hormones angiogéniques qui exercent leurs fonctions biologiques par l’intermédiaire de deux récepteurs couplés aux protéines G : PKR1 et PKR2. PKR1 a été révélé comme crucial dans l’homéostasie cardiovasculaire. L’objectif de ce projet de thèse était de développer un nouvel agoniste non–peptidique à PKR1 pour la cardioprotection et la régénération cardiaque. Les premiers résultats ont permis de caractériser le premier ligand spécifique à PKR1 : IS20. L’étude in vivo a démontré qu’IS20 est capable de prévenir les lésions après induction d’un infarctus du myocarde chez la souris. Ce composé améliore les fonctions cardiaques en activant la prolifération de cellules progénitrices cardiaques et la néovascularisation (Gasser et al, PlosOne, 2015). Dans une deuxième étude, nous avons évalué le potentiel cardioprotecteur d’IS20 face à la toxicité induite par la doxorubicine (DOX), un anticancéreux de la famille des anthracyclines très efficace mais cardiotoxique. Les résultats montrent qu’IS20 atténue l’apoptose des cardiomyocytes H9c2 et des cellules progénitrices humaines de types EPDC, induite par la doxorubicine, sans affecter la cytotoxicité de la doxorubicine sur les cellules cancéreuses. In vivo, le traitement par IS20 atténue la diminution de la prolifération provoquée par la doxorubicine dans un modèle de cardiotoxicité juvénile. Dans un modèle de cardiotoxicité chronique, IS20 maintient l’intégrité cellulaire et tissulaire des vaisseaux et protège des défaillances produites par DOX. Par ses effets cytoprotecteurs des cardiomyocytes et des cellules progénitrices cardiaques, l’IS20 présente un potentiel thérapeutique prometteur pour protéger les patients cancéreux des effets cardiotoxiques des anthracyclines. / Prokineticins are angiogenic hormones that activate two G protein-coupled receptors (GPCRs): PKR1 and PKR2. PKR1 has emerged as a critical mediator of cardiovascular homeostasis and cardioprotection. The aim of this thesis project was to develop a first non-peptide PKR1 agonist stimulates cardioprotection and cardiac regeneration in mouse model of myocardial infarction (MI) or anti-cancer drug mediated cardiotoxicity. Collaboration with chemist and biomodelization team, we characterized the first selective/specific PKR1 agonist, named IS20. In vivo study demonstrated IS20 prevented cardiac lesion formation and improved cardiac function after myocardial infarction in mice, promoting proliferation of cardiac progenitor cells and neovasculogenesis (Gasser et al., 2015). Since use of a very potent anthracycline chemotherapeutic, Doxorubicin (DOX) is limited by cardiotoxicity, we hypothesized that IS20 could protect heart against DOX-mediated cardiotoxicity. Indeed, IS20 attenuated apoptosis induced by DOX in H9c2 cardiomyocytes and human epicardial progenitors in vitro. However, IS20 did not affect antineoplastic or cytostatic effect of DOX in cancer cell lines. In vivo, in the juvenile model of cardiotoxicity, IS20 significantly attenuated DOX-induced decrease in viability and proliferation cardiac progenitor cells. In the chronic cardiotoxicity model by DOX, IS20 improves heart structure and function by the activation of cardiac progenitor cells, diminishing cardiac cell death, improving vascular stability. IS20 has translational potential for cardioprotection in patients with cancer receiving anthracyclines.

Un contrôle précis de la maturation ovocytaire et de la ponte sont essentiels au succès de la reproduction sexuée au sein le règne animal. Ces processus sont coordonnés précisément par des signaux endocriniens et/ou environnementaux, selon les espèces, mais beaucoup reste à apprendre sur leurs régulations. Chez les cnidaires, de nombreuses méduses du groupe des hydrozoaires sont connues pour produire des gamètes en réponse à la transition nuit/jour. Pour caractériser les machineries cellulaires et moléculaires liant la réception de la lumière à l'initiation de la maturation ovocytaire, j'ai étudié la méduse hydrozoaire Clytia hemisphaerica. Mon travail de thèse s’est découpé en trois parties, chacune impliquant l'identification d'un composant moléculaire clé de ce processus.Mon étude initiale faisait partie d'une collaboration avec N. Takeda (Asamushi) et R. Deguchi (Sendai), chercheurs qui avaient, avant le début de ma thèse, identifié chez Clytia les Hormones d'Incitation de Maturation ovocytaire endogènes (MIH) comme étant des tétrapeptides de type WPRPamide, produit par clivage de deux précurseurs à neuropeptides. J'ai montré par hybridation in situ et immunofluorescence que les deux gènes précurseurs du MIH sont exprimés par un type de cellules neurosécrétrices localisées au niveau de l’ectoderme de la gonade, et que les peptides MIH sont sécrétés par ces mêmes cellules suite à une stimulation lumineuse. Cette étude a posé les bases permettant l'identification des régulateurs agissant en amont et en aval du MIH, et plus spécifiquement ceux impliqués dans la photoréception de l’ectoderme de la gonade et la réception du MIH par les ovocytes.Pour identifier le récepteur du MIH de Clytia (CheMIHR) dans les ovocytes, j'ai compilé à partir de données transcriptomiques issues de tissus de gonades, une liste de 16 protéines candidates de la famille des Récepteurs Couplés aux Protéines G (GPCR). J'ai cloné les 16 cDNAs et, utilisant une méthode de « deorphelinisation » de GPCR basée sur de la culture cellulaire (collaboration avec P. Bauknecht et G. Jékély; MPI, Tübingen), j’ai pu identifier un GPCR activée par des peptides MIH synthétiques. Sa fonction in vivo comme récepteur essentiel du MIH a été confirmée par la méthode d'édition génétique CRISPR/CAS9. La délétion ainsi produite, entraînant un déplacement du cadre de lecture au sein du gène CheMIHR, a détérioré la croissance des colonies de polypes et le comportement de ponte des méduses matures. Confirmant la fonction de CheMIHR, la maturation ovocytaire chez des mutants CheMIHR ne pouvait pas être déclenchée par la lumière ou par addition de MIH synthétiques, mais pouvait être rétablie en utilisant des analogues au cAMP, molécule connue pour agir en aval de la réception du MIH dans les ovocytes d’hydrozoaires. Des analyses phylogénétiques ont montré que Clytia MIHR est affilié à un sous-ensemble de familles de neuropeptides de bilaterians impliqués dans divers processus physiologiques, notamment la régulation de la reproduction. Des hybridations in situ sur les méduses Clytia, ont en outre montré l'expression des précurseurs de CheMIH et de CheMIHR dans des cellules neurales hors de la gonade, suggérant un rôle plus large du couple CheMIH-MIHR que la seule initiation de la maturation ovocytaire.Pour mieux comprendre la photoréception des gonades chez Clyita, j'ai montré que la ponte est sélectivement incitée par la lumière bleu-cyan, et mis en évidence, grâce à l’analyse de données de transcriptome de gonade, qu’un photopigment de la famille des Opsin (Opsin9) est hautement exprimé dans l'ectoderme. De façon saisissante, les hybridations in situ ont montré que le gène Opsin9 est exprimé dans les mêmes cellules sécrétant le MIH. L'introduction d'une mutation de changement de cadre de lecture dans le gène Opsin9 via la technologie CRISPR/Cas9 a empêché la maturation ovocytaire et la ponte des méduses mutantes en réponse à la lumière... / Tight control of oocyte maturation and of gamete release is essential for successful sexual reproduction in the animal kingdom. These processes are precisely coordinated by endocrine and/or environmental cues, depending on the species, but much remains to be learned about their regulation. Within the Cnidaria, many hydrozoan jellyfish are known to spawn mature gametes following dark/light transitions. To characterise the cellular and molecular machinery linking light reception and oocyte maturation initiation, I have studied the hydrozoan jellyfish Clytia hemisphaerica. My thesis work had three parts, each involving the identification of a key molecular component of this process.My initial study was part of a collaboration with N. Takeda (Asamushi) and R. Deguchi (Sendai), who identified the endogenous oocyte Maturation-Inducing Hormones (MIH) in Clytia as WPRPamide-related tetrapeptides, generated by cleavage of two neuropeptide precursors. I showed by in situ hybridization and immunofluorescence that Clytia MIH is produced by neurosecretory cells of the gonad ectoderm that co-express the two precursor genes, and that it is secreted upon light stimulation. This study paved the way for identification of regulators acting upstream and downstream of MIH release in the gonads, specifically the ones involved in photoreception in the gonad ectoderm, and in MIH reception by the oocytes. To identify the Clytia MIH receptor (CheMIHR) in the oocytes, I compiled a shortlist of 16 candidate G protein-coupled receptors (GPCRs) from gonad transcriptome data. I cloned all 16 cDNAs and, using a cell culture-based "GPCR deorphanization" assay (collaboration with P. Bauknecht and G. Jékély; MPI, Tübingen), identified one GPCR that was activated by synthetic MIH peptides. Its in vivo function as the essential MIH receptor was confirmed by CRISPR/Cas9 gene editing. Introduction of a frame-shift mutation in the CheMIHR gene impaired growth of Clytia polyp colonies and also the spawning behaviour of mature medusae. Confirming the function of CheMIHR, oocyte maturation in CheMIHR mutants could not be triggered by light or by synthetic MIH, but could be restored using cell-permeable analogues of cAMP, known to act downstream of MIH reception in hydrozoan oocytes. Phylogenetic analyses showed that Clytia MIHR is related to a subset of bilaterian neuropeptide hormone receptor families involved in diverse physiological processes, including regulation of reproduction. Accordingly, in situ hybridization showed the expression of Clytia MIH precursors and MIHR in non-gonadal neural cells, suggesting a wider role of Clytia MIH-MIHR besides oocyte maturation initiation.To address gonad photoreception, I showed that Clytia spawning is selectively induced by blue-cyan light, and then identified using gonad transcriptome data an opsin photopigment (Opsin9) highly expressed in the ectoderm. Strikingly, in situ hybridization showed that Opsin9 is expressed in the MIH-secreting cells. Introduction of a frame-shift mutation into the Opsin9 gene via CRISPR/Cas9 prevented oocyte maturation and spawning of mutant jellyfish in response to light. Anti-MIH immunofluorescence and rescue experiments with synthetic MIH showed that the essential function of Opsin9 is upstream of MIH release. Spawning in Clytia thus appears to be regulated by a dual function photosensory-neurosecretory cell type, perhaps retained from a distant metazoan ancestor...

G protein-coupled receptors (GPCRs) are the largest family of signaling proteins in animals and represent the largest family of druggable targets in the human genome. Therefore, it is of no surprise that the molecular mechanisms of GPCR activation and signal transduction have attracted close attention for the past few decades. Several stabilizing interactions within the GPCR transmembrane (TM) domain helices regulate receptor activation. An example is a salt bridge between 2 highly conserved amino acids at the bottom of TM3 and TM6 that has been characterized for a large number of GPCRs. Through structural modeling and molecular dynamics (MD) simulations, we predicted several electrostatic interactions to be involved in metabotropic glutamate receptor 2 (mGlu2R) activation. To experimentally test these predictions, we employed a charge reversal mutagenesis approach to disrupt predicted receptor electrostatic intramolecular interactions as well as intermolecular interactions between the receptor and G proteins. Using two electrode voltage clamp in Xenopus laevis oocytes expressing mutant receptors and G-proteins, we revealed novel electrostatic interactions, mostly located around intracellular loops 2 and 3 of mGlu2R, that are critical for both receptor and G-protein activation. These studies contribute to elucidating the molecular determinants of mGluRs activation and conformational coupling to G-proteins, and can likely be extended to include other classes of GPCRs.

Les canaux calciques neuronaux activés par le potentiel électrique de membrane (VGCCs) représentent une des voies majeures d'entrée du calcium dans la cellule nerveuse, où ils participent activement aux processus moléculaires de la transmission synaptique. De ce fait, leur activité est finement régulée, afin de garantir une parfaite coordination entre le flux calcique et les processus cellulaires qui lui sont associés. Aussi, les récepteurs couplés aux protéines G hétérotrimériques (RCPGs) occupent un rôle central dans le rétrocontrôle négatif de l'activité des VGCCs suite à la libération de neuromédiateurs. Cette régulation, directe et spatialement délimitée, est conduite par le dimère Gβγ, dont la fixation sur différents déterminants structuraux de la sous-unité Cav2.x conduit à l'inhibition drastique du courant calcique (régulation "ON"), indépendamment de la présence d'une sous-unité β. Le décrochage du dimère Gβγ, en réponse à l'activation du canal, reverse cette inhibition, et induit un ensemble de modifications phénotypiques apparentes de l'activité du canal (régulation "OFF"). Aussi, nous avons mis en évidence que la notion de "reluctance", décrite par le shift dépolarisant de la courbe d'activation du canal, communément accepté comme un caractère de la régulation "ON", ne traduit en définitive qu'une caractéristique particulière de la régulation "OFF". En revanche, la fixation du dimère Gβγ sur la sous-unité Cav2.x, est à l'origine d'un ralentissement de la cinétique d'inactivation du canal, et représente un caractère nouveau de la régulation "ON". Enfin, nous avons caractérisé l'implication majeure de l'inactivation rapide du canal, dans le caractère "OFF" de cette régulation. L'inactivation se présente comme un catalyseur du décrochage du dimère Gβγ, et délimite une fenêtre temporelle durant laquelle le processus peut avoir lieu. Ensemble, ces résultats permettent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires à la base de la régulation directe de l'activité synaptique par les récepteurs couplés aux protéines G hétérotrimériques.

<p>G protein-coupled receptors (GPCRs) are signal mediators that have a prominent role in the regulation of physiological processes and they make up the targets for 30-45% of all drugs. </p><p>Papers I and II describe the discovery of new human GPCRs belonging to the Rhodopsin family, a family which contains many common drug targets. The new receptors have only weak relationships to previously known GPCRs. However, they have been evolutionary conserved in several species and most of them display distinct expression patterns.</p><p>In paper III we identified new human GPCRs belonging to the Adhesion family, which is characterised by very long N-termini containing conserved domains. The different compositions of conserved domains as well as the expression patterns suggest that the Adhesions can have several different functions.</p><p>In paper IV we revealed remarkable species variations in the repertoires of Trace Amine-Associated Receptors (TAARs), which are relatives of the biogenic amine receptors. The human, mouse and rat TAAR genes are located in only one locus and are therefore most likely the result of gene tandem duplications. 47 of the 57 zebrafish TAARs were mapped to nine different loci on six chromosomes containing from 1 to 27 genes each. This study suggests that the TAARs arose through several different mechanisms involving tetraploidisation, block duplications, and local duplication events. </p><p>Papers V and VI are overall analyses of the repertoires of GPCRs in humans, mice and rats; which contain approximately 800, 1800 and 1900 members, respectively. The repertoires were compared to distinguish between species-specific and common (orthologous) members, something which is important for example when predicting drug effects from experiments in rodents. The Glutamate, Adhesion, Frizzled and Secretin families show no or very little variation between human and rodents, whereas the repertoires of olfactory, vomeronasal and Taste2 receptors display large differences between all three species. </p>

<p>Gene families in vertebrates often contain more dulicates (paralogs) than in invertebrates. This has been attributed to genome duplications, i.e., tetraploidizations. Two of the gene families that have expanded in vertebrate evolution are the neuropeptide Y (NPY) family of peptides and the neuropeptide Y receptors (NPYR) that are involved in many brain functions including appetite regulation.</p><p>Two NPYR genes, Y2 and Y7, were cloned in the rainbow trout. Although they arose from a common ancestral gene in early vertebrate evolution, their ligand-binding properties are very similar. Two NPYR genes were cloned in the coelacanth <i>Latimeria chalumnae</i> and found to be orthologs of Y5 and Y6 discovered in mammals.</p><p>Analyses of gene families close to the NPYR genes in the pufferfishes <i>T. nigroviridis</i> and <i>T. rubripes</i> showed that at least 25 additional gene families had an evolutionary history similar to the NPYR family, thereby providing evidence for fish specific-duplications of these chromosomes. Cloning and phylogenetic analysis of 22 NPYR gene fragments from several ray-finned fishes showed that basal species seem to have the same repertoire as tetrapods. Despite the tetraploidization in the teleost fish lineage, many teleosts seem to have fever genes than the gnathostome ancestor due to gene loss. Only one duplicate seems to have survived.</p><p>The NPY peptide family was found to have expanded in the teleost tetraploidization with duplicates of both NPY and PYY (peptide YY) in some teleosts. Fourteen neighboring gene families were found to have evolved in a similar manner as the NPY-family genes. Positional information fascilitated orthology assignment of peptide genes in teleost fishes and allowed correction of previously misidentified genes.</p><p>In summary, the evolutionary history of the NPY and NPYR gene families involve large-scale duplication events coinciding with the proposed tetraploidizations. The appearance of new genes in early vertebrates and in teleost fishes probably had important implications for the evolution of new functions in this system.</p>

Chemokines are structurally and functionally related 8-10 kDa proteins defined by four conserved cysteine residues. They consist of a superfamily of proinflammatory mediators that promote the recruitment of various kinds of leukocytes and other cell types through binding to their respective chemokine receptor, a member of the GPCR family. Abnormal control of this system results in various diseases including tumorigenesis and cancer metastasis. Deregulation can occur when constitutively active mutant (CAM) chemokine receptors are locked in the “on” position. This can lead to cellular transformation/tumorigenesis. A viral CAM receptor, ORF74, that can cause tumors in humans, also has homology to human CXC chemokine receptor 2 (CXCR2), which is a G-protein-coupled receptor (GPCR) expressed on neutrophils, some monocytes, endothelial cells, and some epithelial cells. CXCR2 activation with ELR+ CXC chemokines induces leukocyte migration, trafficking, cellular differentiation, angiogenesis and cellular transformation. Using a high throughput yeast screen we identified a novel point mutation, D9H, in CXCR2, which leads to constitutive activation (CA). Generation of positively charged substitutions, D9K and D9R, and D143V as a positive control resulted in CA CXCR2 with differential levels of cellular transformation. To further investigate how D9 mutations lead to differential CA, we used inhibitors of known signal transduction pathways. Pertusiss toxin (PTX) sensitivity in foci formation assays demonstrated that D9R uses the Gi subunit like WTCXCR2 and D143V, while D9H and D9K do not. All CA receptors use the JAK pathway based on sensitivity to the inhibitor, AG490. Phosphorylation of PLC-beta 3 and sensitivity to the PLC-beta 3 inhibitor, U73122, implicates that mutant receptors such as D143V, D9H, D9K, and D9R utilize the Gq/11 subunit. Interestingly, D9R use both Gi and Gq/11 subunits. All of the CA receptors induced phosphorylation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) indicating a transactivation between CXCR2 and EGFR. These data describe two novel and important findings. First, N-terminal CXCR2 controls activation and signaling using multiple G protein subunits to elicit downstream signaling. Second, our work supports the “functional selectivity” model for GPCR activation. That is, mimicking agonist activation, CA CXCR2 receptors have multiple conformational states that lead to differential activation.