Yes / Inhibitory GABAB receptors (GABABRs) can down-regulate most excitatory synapses in the CNS by reducing postsynaptic excitability. Functional GABABRs are heterodimers of GABAB1 and GABAB2 subunits and here we show that the trafficking and surface expression of GABABRs is differentially regulated by synaptic or pathophysiological activation of NMDA receptors (NMDARs). Activation of synaptic NMDARs using a chemLTP protocol increases GABABR recycling and surface expression. In contrast, excitotoxic global activation of synaptic and extrasynaptic NMDARs by bath application of NMDA causes the loss of surface GABABRs. Intriguingly, exposing neurons to extreme metabolic stress using oxygen/glucose deprivation (OGD) increases GABAB1 but decreases GABAB2 surface expression. The increase in surface GABAB1 involves enhanced recycling and is blocked by the NMDAR antagonist AP5. The decrease in surface GABAB2 is also blocked by AP5 and by inhibiting degradation pathways. These results indicate that NMDAR activity is critical in GABABR trafficking and function and that the individual subunits can be separately controlled to regulate neuronal responsiveness and survival. / BBSRC, MRC and the European Research Council

In der vorliegenden Arbeit wurden die molekularen Grundlagen für die Agonistspezifität des G-Protein-gekoppelten Rezeptors GPR34 untersucht. Mittels verschiedener funktioneller Versuche konnte an ausgewählten Orthologen des Rezeptors gezeigt werden, dass, im Gegensatz zu publizierten Daten, Lysophosphatidylserin (Lyso-PS) nicht der natürliche Agonist des GPR34 ist. Lediglich an einigen cyprinoiden Subtypen des GPR34 hat Lyso-PS surrogat-agonistische Effekte. Anhand eines detaillierten evolutionären Vergleichs von Orthologen konnten Bereiche des Rezeptors ermittelt werden, welche an der Ligandenbindung, und damit an der Agonistspezifität des GPR34 beteiligt sind. Durch Übertragung dieser Bereiche vom Karpfen-GPR34-Subtyp 2a auf den humanen GPR34 konnte dieser zu einem Lyso-PS-sensitiven Rezeptor modelliert werden. Weiterhin wurde Aminoethyl-Carbamoyl-ATP (EDA-ATP) als inverser Agonist an cyprinoiden Orthologen des GPR34 identifiziert. Die Erweiterung des möglichen Ligandenspektrums von Lipiden zu Nukleotidderivaten gibt Hinweise auf die Promiskuität der Bindungsstelle des GPR34. Die Ergebnisse zeigen, dass Lyso-PS nur eine zufällige Aktivität an einigen Orthologen des GPR34 hat. Mit Identifizierung eines Nichtlipides als invers-agonistischen Liganden ist die Suche nach dem natürlichen Liganden des GPR34 noch nicht abgeschlossen und sollte auf weitere chemische Entitäten ausgeweitet werden. / Lyso-PS (lyso-phosphatidylserine) has been shown to activate the G(i/o)-protein-coupled receptor GPR34. Since in vitro and in vivo studies provided controversial results in assigning lyso-PS as the endogenous agonist for GPR34, we investigated the evolutionary conservation of agonist specificity in more detail. Except for some fish GPR34 subtypes, lyso-PS has no or very weak agonistic activity at most vertebrate GPR34 orthologues investigated. Using chimaeras we identified single positions in the second extracellular loop and the transmembrane helix 5 of carp subtype 2a that, if transferred to the human orthologue, enabled lyso-PS to activate the human GPR34. Significant improvement of agonist efficacy by changing only a few positions strongly argues against the hypothesis that nature optimized GPR34 as the receptor for lyso-PS. Phylogenetic analysis revealed several positions in some fish GPR34 orthologues which are under positive selection. These structural changes may indicate functional specification of these orthologues which can explain the species- and subtype-specific pharmacology of lyso-PS. Furthermore, we identified aminoethyl-carbamoyl ATP as an antagonist of carp GPR34, indicating ligand promiscuity with non-lipid compounds. The results of the present study suggest that lyso-PS has only a random agonistic activity at some GPR34 orthologues and the search for the endogenous agonist should consider additional chemical entities.

Accurate predictions of binding free energies from computer simulations are an invaluable resource for understanding biochemical processes and drug action. The primary aim of the work described in the thesis was to predict and understand ligand binding to several proteins of major pharmaceutical importance using computational methods. We report a computational strategy to quantitatively predict the effects of alanine scanning and ligand modifications based on molecular dynamics free energy simulations. A smooth stepwise scheme for free energy perturbation calculations is derived and applied to a series of thirteen alanine mutations of the human neuropeptide Y1 G-protein coupled receptor and a series of eight analogous antagonists. The robustness and accuracy of the method enables univocal interpretation of existing mutagenesis and binding data. We show how these calculations can be used to validate structural models and demonstrate their ability to discriminate against suboptimal ones. Site-directed mutagenesis, homology modelling and docking were further used to characterize agonist binding to the human neuropeptide Y2 receptor, which is important in feeding behavior and an obesity drug target.  In a separate project, homology modelling was also used for rationalization of mutagenesis data for an integron integrase involved in antibiotic resistance. Blockade of the hERG potassium channel by various drug-like compounds, potentially causing serious cardiac side effects, is a major problem in drug development. We have used a homology model of hERG to conduct molecular docking experiments with a series of channel blockers, followed by molecular dynamics simulations of the complexes and evaluation of binding free energies with the linear interaction energy method. The calculations are in good agreement with experimental binding affinities and allow for a rationalization of three-dimensional structure-activity relationships with implications for design of new compounds. Docking, scoring, molecular dynamics, and the linear interaction energy method were also used to predict binding modes and affinities for a large set of inhibitors to HIV-1 reverse transcriptase. Good agreement with experiment was found and the work provides a validation of the methodology as a powerful tool in structure-based drug design. It is also easily scalable for higher throughput of compounds.

Récemment plusieurs récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) ont été caractérisés au niveau des membranes intracellulaires, dont la membrane nucléaire. Notre objectif était de déterminer si les sous-types de récepteurs β-adrénergiques (βAR) et leurs machineries de signalisation étaient fonctionnels et localisés à la membrane nucléaire des cardiomyocytes. Nous avons démontré la présence des β1AR et β3AR, mais pas du β2AR à la membrane nucléaire de myocytes ventriculaires adultes par immunobuvardage, par microscopie confocale, et par des essais fonctionnels. De plus, certains partenaires de signalisation comme les protéines GαS, Gαi, l’adénylate cyclase II, et V/VI y étaient également localisés. Les sous-types de βAR nucléaires étaient fonctionnels puisqu'ils pouvaient lier leurs ligands et activer leurs effecteurs. En utilisant des noyaux isolés, nous avons observé que l'agoniste non-sélectif isoprotérénol (ISO), et que le BRL37344, un ligand sélectif du β3AR, stimulaient l'initiation de la synthèse de l’ARN, contrairement à l'agoniste sélectif du β1AR, le xamotérol. Cette synthèse était abolie par la toxine pertussique (PTX). Cependant, la stimulation des récepteurs nucléaires de type B de l’endothéline (ETB) causaient une réduction de l'initiation de la synthèse d’ARN. Les voies de signalisations impliquées dans la régulation de la synthèse d’ARN par les RCPGs ont ensuite été étudiées en utilisant des noyaux isolés stimulés par des agonistes en présence ou absence de différents inhibiteurs des voies MAP Kinases (proteines kinases activées par mitogènes) et de la voie PI3K/PKB. Les protéines impliquées dans les voies de signalisation de p38, JNK, ERK MAP Kinase et PKB étaient présents dans les noyaux isolés. L'inhibition de PKB par la triciribine, inhibait la synthèse d’ARN. Nous avons ensuite pu mettre en évidence par qPCR que la stimulation par l’ISO entrainait une augmentation du niveau d'ARNr 18S ainsi qu’une diminution de l'expression d’ARNm de NFκB. En contraste, l’ET-1 n’avait aucun effet sur le niveau d’expression de l’ARNr 18S. Nous avons ensuite montré que la stimulation par l’ISO réduisait l’expression de plusieurs gènes impliqués dans l'activation de NFκB, tandis que l’inhibition de ERK1/2 et PKB renversait cet effet. Un microarray global nous a ensuite permis de démontrer que les βARs et les ETRs nucléaires régulaient un grand nombre de gènes distincts. Finalement, les βARs et ETRs nucléaires augmentaient aussi une production de NO de noyaux isolés, ce qui pouvait être inhibée par le LNAME. Ces résultats ont été confirmés dans des cardiomyocytes intacts en utilisant des analogues cagés et perméables d’ISO et de l'ET-1: l'augmentation de NO nucléaire détectée par DAF2-DA, causée par l'ET-1 et l'ISO, pouvait être prévenue par le LNAME. Finalement, l’augmentation de l’initiation de la transcription induite par l'ISO était aussi bloquée par le L-NAME ou par un inbitheur de PKG, le KT5823, suggérant que la voie NO-GC-PKG est impliquée dans la régulation de la transcription par les βAR. En conclusion, les βARs et les ETRs nucléaires utilisent des voies de signalisation différentes et exercent ainsi des effets distincts sur l’expression des gènes cardiaques. Ils représentent donc une avenue intéressante pour le développement de drogues pharmacologiques. / Recently several G protein-coupled receptors (GPCRs) have been shown to localize to intracellular membranes, in particular the nuclear membrane. As such, we sought to determine if the β-adrenergic receptor (βAR) subtypes and their associated signalling machinery are functionally localized to nuclear membranes. We demonstrated the presence of β1AR and the β3AR, but not the β2AR, in adult ventricular myocyte nuclei by western blotting, confocal microscopy and functional assays. Downstream signalling partners such as GαS, Gαi and adenylyl cyclase II and V/VI were also present. Nuclear-localized βARs were functional with respect to ligand binding and effector activation. In isolated nuclei, the non-selective βAR agonist isoproterenol (ISO) and the β3AR-selective ligand BRL37344, but not the β1AR-selective xamoterol, stimulated transcription initiation in a pertussis toxin (PTX)-sensitive manner. In contrast, stimulation of type B endothelin receptors (ETB), another GPCR family shown to be present on the nuclear membrane, decreased de novo RNA synthesis. To investigate the signalling pathway(s) involved in GPCR-mediated regulation of RNA synthesis, nuclei were isolated from intact adult rat hearts and treated with receptor agonists in the presence or absence of inhibitors of the PI3K/PKB and mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways. Components of p38, JNK, and ERK1/2 MAPK cascades as well as PKB were detected in nuclear preparations. Inhibition of PKB with triciribine converted the activation of the βAR from stimulatory to inhibitory with regards to transcription initiation. Analysis by qPCR indicated isoproterenol treatment increased 18S rRNA but decreased NFκB mRNA. In contrast, ET-1 had no effect on 18S rRNA expression. Further investigation using pathway-specific PCR arrays revealed that isoproterenol treatment also reduced the expression of several other genes involved in the activation of NFκB and that ERK1/2 and PKB inhibitors attenuated this effect. Subsequent genome-wide microarray analysis has revealed that nuclear βAR and ETB regulated a host of genes in an overlapping but distinct manner. Moreover, both ET-1 and ISO produced an L-NAME-sensitive increase in NO production in isolated cardiac nuclei. These observations were confirmed in intact cardiomyocytes using novel caged analogues of ISO and ET-1 and the cell-permable NO-sensitive fluorescent dye, DAF-2 DA. Briefly, both ET-1 and isoproterenol increased NO production, and this increase was prevented upon preincubation with L-NAME. Moreover, the ability of isoproterenol to increase transcription initiation in isolated nuclei was blocked by L-NAME or the PKG inhibitor KT5823, indicating the NO-GC-PKG pathway is involved in the regulation of gene expression by nuclear βARs. Hence, we have shown that βARs and ETRs in the nuclear membrane activate distinct signalling pathways, resulting in different effects on gene transcription and thus represent potentially important targets for drug development.

La dépression majeure peut être très dommageable pour le 8% des Nord-Américains qui en souffriront au moins une fois durant leur vie. Les traitements actuels de la dépression ont été créés grâce à la compréhension de l'hypothèse de la monoamine; où les transporteurs de la sérotonine ou les enzymes sont bloqués ou inhibés afin de maintenir le neurotransmetteur (NT) dans la fente synaptique. Sur une période de plusieurs semaines, cette augmentation de NT encourage la plasticité synaptique, ce qui augmente la sensibilité de réponse de 5-HT dans la fente synaptique. Cette forme de traitement est efficace chez 40% des patients, tandis que les 60% restants ont une réponse partielle ou nulle. Dans les modèles de dépression chez la souris des changements dans les niveaux de phosphorylation de CREB sont corrélés aux effets antidépresseurs (AD). Dans le cas RS67333, des effets AD apparaissent après 2 à 3 jours de traitement. Les effets anti-anhédoniques sont démontrés par la réponse au traitement. RS67333 est un agoniste spécifique du récepteur 5-HT4, un récepteur couplé à la protéine G (GPCR) qui est généralement situé, après synapses, dans les régions du système limbique. Il existe d'autres ligands qui sont également spécifiques au récepteur 5-HT4: 5-HT, Zacopride, Prucalopride et ML10302, mais les mêmes effets anti-anhédoniques constatés lors de RS67333 n’ont pas été observés. Comment RS67333 est-il différent des autres en termes de signalisation? Nous avons utilisé le transfert d’énergie par résonnance de bioluminescence (BRET) pour étudier les interactions 5-HT4R avec les sous-unités, α β γ de la protéine G et nous avons comparé ces associations avec d'autres agonistes connus de 5-HT4. Nous avons constaté que RS67333 est un agoniste partiel et qu’il active un changement conformationnel de la protéine Gαs, mais n’active pas un changement conformationnel de la protéine Gαo. Prucaloride, 5-HT et Zacopride induisent aussi un changement de conformation du complexe Gαs, mais pas ML10302. Pour la formation de Gαo, Prucalopride, ML10302 et 5-HT agissent comme des agonistes, mais pas zacopride ni RS67333. Nous avons utilisé un test de dosage immuno-enzymatique sur support solide (ELISA) pour mesurer l’intériorisation induite par les ligands pour étudier la régulation des récepteurs. Nous avons constaté que RS67333 et ML10302 n’induisent pas l'internalisation du récepteur, tandis que zacopride, prucalopride et 5-HT sont très efficaces. L'efficacité sous-optimale des ADs actuels met l’accent sur la nécessité de développer des médicaments avec d'autres mécanismes d'action. RS67333 a des effets persistants anti-anhédoniques après une courte période de temps, et d'autres études de ses propriétés de signalisation pourraient donner lieu à une nouvelle génération d’antidépresseurs rapides de longue durée d’action. / Major Depression can be very damaging on the 8% of North Americans that will have it at least once within their lifetime. Current treatments of depression have been developed through the understanding of the monoamine hypothesis; whereby serotonin (5-HT) transporters or enzymes are blocked or inhibited in order to maintain the neurotransmitter in the synaptic cleft. Over a period of several weeks this increase in NT induces synaptic plasticity which increases the response sensitivity of 5-HT in the synaptic cleft. This form of treatment is effective on 40% of patients, while the remaining 60% have partial or no response. In mouse models of depression, changes in phosphorylation levels of CREB correlated to antidepressants (AD) effects. In the case of RS67333 AD effects appear within 2-3 days of treatment. The response can be evidenced as anti- anhedonic. RS67333 is specific agonist for 5-HT4 receptor, a G protein coupled receptor (GPCR) that is typically located post synaptically, in limbic regions. There are other ligands that are also specific to receptor 5-HT4: 5-HT, Zacopride, prucalopride and ML10302, but have not been observed to have the same anti-anhedonia effects of RS67333. How does RS67333 differ from the others in terms of signaling? We used bioluminescence resonance energy transfer (BRET) to study the interactions of 5-HT4R with the α β γ subunits of the G protein and we compared these associations with other known 5-HT4 agonists. We found that RS67333 was a partial agonist and activated a conformational change of the Gαs protein but did not activate a conformational change of Gαo protein. Prucaloride, 5-HT and Zacopride also induced a conformational change of the Gαs complex but not ML10302. For the formation of Gαo, Prucalorpide, ML10302 and 5-HT acted as agonists, but not Zacopride. We used an ELISA assay to measure ligand induced internalization to study receptor regulation. We found that RS67333 and ML10302 did not induce receptor internalization, while Zacopride, Prucalopride and 5-HT were very effective. The suboptimal efficacy of current ADs stresses the need to develop drugs with other mechanisms of action. RS67333 has persistent anti-anhedonia effects after a short period of time and further studies of its signalling properties may open up a new generation of fast and long acting antidepressants.

La modification de l'activité neuronale peut engendrer des altérations dans des circuits neuronaux. L'activation des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) peux participer à des mécanismes à la base du développement de maladies comme l'addiction à la cocaïne. La consommation de cocaïne conduit à une augmentation de neurotransmetteurs tels que la dopamine, l'histamine et le glutamate qui activent des RCPG dans le cerveau. La signalisation des RCPG peut se faire au travers de monomères, d'homo- ou d'hétéromères de RCPG ainsi que par des interactions protéine - protéine, permettant entre autre une régulation croisée. Nous montrons que les récepteurs de la dopamine 1 (D1R) et de l'histamine 3 (H3R) induisent une signalisation croisée dans le striatum de rat vraisemblablement par la formation d'hétérodimères. Une administration chronique de cocaïne modifie la signalisation de ces récepteurs tant que la signalisation croisée des D1R et H3R. Les H3R et les récepteurs métabotropes du glutamate 1/5 (mGlu1/5R) sont fortement exprimés dans l'hippocampe et le striatum. Des expériences de comportement suggèrent que ces récepteurs seraient susceptibles de coordonner leurs signalisations par une régulation croisée. Nos expériences d'électrophysiologie, de mesure de Ca++ intracellulaire et de transduction du signal montrent effectivement une régulation croisée des récepteurs H3R et mGlu1/5R dans le cerveau de rat. De plus, nous montrons que la consommation chronique de cocaïne affecte la signalisation des H3R et mGlu1/5R de manière différente de son impacte sur leur signalisation croisée. Nos résultats démontrent l'existence d'une régulation croisée de certains RCPG dans le cerveau de rat. De plus, la consommation chronique de la cocaïne affecte différemment la signalisation induite par l'activation d'un récepteur et l'induction d'une signalisation croisée. / Alterations of neuronal activity, mediated by G-protein coupled receptors (GPCRs), can modulate neuronal circuits and are thought to be important in the development and expression of diseases as cocaine addiction. GPCR activity is regulated by various mechanisms, including protein-protein interactions in the membrane, permitting these receptors to crosstalk and form homo-and heteromers. Cocaine blocks monoamine reuptake leading to increased synaptic presence of various neurotransmitters including dopamine, histamine and glutamate in the brain. First we describe that dopamine D1 receptors (D1R) and histamine H3 receptors (H3R) crosstalk in the rodent brain. Chronic cocaine self-administration altered the crosstalk between D1R and H3R in the striatum, a brain structure involved in habit learning and motor control. The altered signaling was observed in both individual receptor signaling and by D1R-H3R crosstalk signaling. Both histamine H¬3R and metabotropic glutamate 1/5 receptors (mGlu1/5R) are highly expressed in the hippocampus and the striatum of rodents and they are involved in behaviors regulated by these structures. We describe that H3R and mGlu1/5R crosstalk in pyramidal neurons of the hippocampus and in the striatum of rats. In addition, we found that signaling through H3R and mGlu1/5R were differently affected by chronic cocaine self-administration than the apparent crosstalk between the receptors. These results show evidence of GPCR interactions in adult rodent brain and reveal that chronic cocaine self-administration differently affected crosstalk and single receptor mediated signaling.

Les tumeurs du cortex surrénalien sont variées et fréquentes dans la population. Bien que des mutations aient été identifiées dans certains syndromes familiaux, les causes génétiques menant à la formation de tumeur du cortex surrénalien ne sont encore que peu connues. Un sous-type de ces tumeurs incluent les hyperplasies macronodulaires et sont pressenties comme la voie d’entrée de la tumorigenèse du cortex surrénalien. L’événement génétique le plus fréquemment observé dans ces tumeurs est l’expression aberrante d’un ou plusieurs récepteurs couplés aux protéines G qui contrôle la production de stéroïdes ainsi que la prolifération cellulaire. L’événement génétique menant à l’expression aberrante de ces récepteurs est encore inconnu. En utilisant le récepteur au peptide insulinotropique dépendant du glucose (GIP) comme modèle, cette étude se propose d’identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans l’expression aberrante du récepteur au GIP (GIPR) dans les tumeurs du cortex surrénalien. Une partie clinique de cette étude se penchera sur l’identification de nouveaux cas de tumeurs surrénaliennes exprimant le GIPR de façon aberrante. Les patients étudiés seront soumis à un protocole d’investigation in vivo complet et les tumeurs prélevées seront étudiées extensivement in vitro par RT-PCR en temps réel, culture primaire des tumeurs, immunohistochimie et biopuces. Le lien entre le GIP et la physiologie normal sera également étudiée de cette façon. Une autre partie de l’étude utilisera les nouvelles techniques d’investigation à grande échelle en identifiant le transcriptome de différents cas de tumeurs exprimant le GIPR de façon aberrante. L’importance fonctionnelle des gènes identifiée par ces techniques sera confirmée dans des modèles cellulaires. Cette étude présente pour la première des cas de tumeurs productrices d’aldostérone présentant des réponses aberrantes, auparavant confinées aux tumeurs productrice de cortisol ou d’androgènes surrénaliens. Le cas probant présenté avait une production d’aldostérone sensible au GIP, le GIPR était surexprimé au niveau de l’ARNm et un fort marquage a été identifié dans la tumeur spécifiquement. Dans les surrénales normales, cette étude démontre que le GIP est impliqué dans le contrôle de la production d’aldostérone. Ces résultats ont été confirmés in vitro. Finalement, le profilage à grande échelle des niveaux d’expression de tous les gènes du génome a permis d’isoler une liste de gènes spécifiquement liés à la présence du GIPR dans des hyperplasies du cortex surrénalien. Cette liste inclus la périlipine, une protéine de stockage des lipides dans les adipocytes et la glande surrénale, dont l’expression est fortement réprimée dans les cas GIP-dépendant. Des études dans un modèle cellulaire démontrent que la répression de ce gène par siRNA est suffisante pour induire l’expression du récepteur au GIP et que cette protéine est impliquée dans la stimulation de la stéroïdogénèse par le GIP. En alliant des méthodes d’investigation in vivo de pointe à des techniques in vitro avancée, cette étude offre de nouveaux regards sur les liens entre le GIP et la physiologie de la glande surrénale, que ce soit dans des conditions normales ou pathologiques. / Tumors of the adrenal cortex are varied and frequently found in the population. Aside from rare family cases in which mutations have been identified, the genetic events leading to the formation of adrenocortical tumors remain obscure. A subtype of these tumors includes macronodular hyperplasias, now percieved as the entry point of adrenocortical tumorigenesis. The most commonly observed molecular event in these cases is the presence of aberrantly expressed G-protein coupled receptor that drive steroid production and cellular proliferation. The genetic events leading to these aberrant levels of expression are unknown. This study will use the Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide (GIP) receptor as a model to identify the molecular mecanisms leading to the aberrant expression of the GIP receptor (GIPR) in adrenocortical tumors. The first part of the study will be a clinical investigation of new cases of adrenocortical tumors to screen for aberrant responses to GIP in various types of these tumors. The patients will be evaluated by a thorough clinical investigation protocol and the resected tumors will be extensively analysed in vitro, using real-time RT-PCR, immunohistochemistry, microarray and primary cultures of the tumors. The link between GIP and the normal physiology of the adrenal cortex will also be assessed in normal subjects. The second part of the study will use novel large-scale investigation techniques to determine the transcriptome of different cases of adrenocortical tumors expressing aberrant levels of the GIPR. The functional importance of identified genes will be assessed in cellular models. This study presents the first cases of aldosterone-producing tumors with aberrant responses to hormones, previously confined to cortisol- or androgen producing tumors. The case presented showed an aldosterone production sensitive, among others, to GIP. The GIPR’s mRNA was strongly over expressed and a specific staining was observed in immunohistochemistry. The responses were confirmed in primary cultures of the tumor. In normal adrenals, a role for the control of aldosterone by GIP was also demonstrated. Finally, large-scale profiling of the transcriptome led to the identification of a list of genes with expression levels strictly related to the presence of the GIPR in adrenocortical hyperplasias. One of these genes, perilipin, was strongly repressed specifically in GIP-dependent cases. siRNA techniques were used in a cellular model and confirmed that the repression of perilipin is sufficient to induce the expression of GIPR and that this protein is implicated in the GIP induced steroidogenesis. Allying state-of-the-art in vivo investigation methods to advanced in vitro techniques, the present study identifies novel insights on the link between GIP and the normal adrenal physiology, in normal and pathological conditions.

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Thromboxane A2 (TXA2) is an important mediator metabolized from arachidonic acid through the cyclooxygenase pathway, mainly in platelets and macrophages. It is a potent inducer of platelet aggregation and smooth muscle contraction. Its overproduction has been detected in pathologies such as stroke, asthma, myocardial infarction or atherosclerosis. The action of TXA2 is mediated by a specific G-protein coupled receptor (TP) of which two alternative spliced isoforms, TPalpha and TPbeta, have been described. The exact role of these two isoforms is not clearly understood. However, recent studies have described their implications in vascular physiology and pathology. The inhibition of the action of TXA2 on platelets and blood vessels would be interesting as original therapies against cardiovascular diseases. Consequently, the design of TP receptor antagonists remains of great interest in cardiovascular medicine. In the laboratory of medicinal chemistry (University of Liège, Belgium), several nitrobenzenesulfonylureas, derived from torasemide (a loop diuretic), have been previously described as TP receptor antagonists. Two compounds, BM573 and BM613 were among the most interesting molecules identified in that previous work. The present project is divided in two parts. First, we have determined the pharmacological properties of BM573 and BM613 as thromboxane synthase inhibitors and TP receptor antagonists, in vitro and in vivo. In our assays, these two compounds were proved to have high affinity for both TPalpha and TPbeta, to be potent antiplatelet agents, to inhibit thromboxane synthase and TP-mediated smooth muscle contraction. Additionally, they significantly reduced the size of the thrombus in a rat model of ferric chloride-induced arterial thrombosis. Consequently, we demonstrated that the TP receptor antagonists BM573 and BM613, belonging to the chemical family of nitrobenzenesulfonylureas, could be regarded as antiplatelet and antithrombotic agents potentially useful in thromboxane-related diseases such as stroke or myocardial infarction. Secondly, given the interesting pharmacological profile of BM573 and BM613, we have designed and synthesized several series of compounds derived from these two agents. We have evaluated the binding properties (affinity) of the first generation (+/- 35 original derivatives) of compounds on either TPalpha or TPbeta, transiently expressed in COS-7 cell lines. Additionally, we have measured the ability of our drugs to inhibit the intracellular calcium mobilization upon TPalpha or TPbeta stimulation. To confirm our results, we also assessed the antiplatelet properties of our drugs by means of determination of inhibition of human platelet aggregation. On the basis of the results obtained with these in vitro assays, we have synthesized and evaluated a second generation of derivatives (+/- 35 original compounds) and improved the selectivity of several original compounds for TP receptor isoforms. The originality of this work was to evaluate a large library of synthetic compounds on both TP receptor isoforms, using specific pharmacological tests. By means of structure-activity relationship studies, we were able to identify chemical groups implicated in selectivity and to propose lead compounds for development of highly specific TPalpha or TPbeta antagonists. Besides, we have identified an in vivo drug candidates for prevention of thrombosis and pathological platelet aggregation./Le thromboxane A2 (TXA2) est un métabolite de la cascade de lacide arachidonique (AA) par la voie des cyclooxygénases et de la thromboxane synthase, principalement formé dans les plaquettes et les macrophages. Le TXA2 est un puissant inducteur de lagrégation plaquettaire et de la contraction des muscles lisses vasculaires et bronchiques. Par ailleurs, une augmentation des taux en TXA2 a été constatée dans différentes pathologies : l'infarctus du myocarde, l'atherosclérose, les accidents vasculaires cérébraux, ou encore l'asthme. Laction du TXA2 sur les tissus résulte de la stimulation dun récepteur appartenant à la famille des récepteurs couplés aux protéines G. Ce récepteur au TXA2 (TP) présente deux isoformes générées par épissage alternatif, TPalpha et TPbeta. Le rôle physiologique exact de ces deux isoformes n'est pas encore connu. Cependant, de récents travaux ont mis en évidence leur importance, notamment dans la physiologie vasculaire et dans certaines pathologies. Linhibition de laction du TXA2 au niveau des plaquettes et des vaisseaux sanguins pourrait donc être une stratégie thérapeutique innovante pour traiter et prévenir les maladies cardiovasculaires. En conséquence, le développement dantagonistes des récepteurs TP reste dun grand intérêt en médecine cardiovasculaire. Des études de pharmacomodulation avaient permis au Laboratoire de Chimie Pharmaceutique (Université de Liège, Belgique) d'identifier des nitrobenzènesulfonylurées, dérivées du torasémide (un diurétique de lanse), présentant un puissant antagonisme des récepteurs TP. Parmi ceux-ci, deux composés, le BM573 et le BM613, faisaient parties des molécules les plus intéressantes identifiées au cours de ces précédentes recherches. Ce projet est divisé en deux parties. Premièrement, nous avons déterminé les propriétés pharmacologiques du BM573 et du BM613 en tant quinhibiteurs de la thromboxane synthase et antagonistes des récepteurs TP, in vitro et in vivo. Au cours de nos expériences, ces deux composés se sont révélés posséder une grande affinité pour TPalpha et TPbeta, être de puissants agents antiplaquettaires, des inhibiteurs de la thromboxane synthase et de la contraction des muscles lisses induite par le TXA2. En outre, lutilisation de ces produits dans un modèle de thrombose artérielle induite par le chlorure ferrique chez le rat a provoqué une réduction significative du thrombus formé. En conséquence, nous avons démontré que le BM573 et le BM613, appartenant à la famille chimique des nitrobenzenesulfonylurées, pouvaient être considérés comme des agents antiplaquettaires et antithrombotiques, potentiellement utiles en tant quagents thérapeutiques dans des pathologies associées au TXA2 telles que linfarctus du myocarde ou laccident vasculaire cérébral. Ensuite, nous nous sommes concentrés sur l'activité de cette famille de composés (les nitrobenzènesulfonylurées) vis-à-vis des deux isoformes du récepteur au thromboxane. Pour ce faire, nous avons conçu et synthétisé de nombreuses séries de composés dérivés du BM573 et du BM613. Nous avons tout dabord évalué laffinité de la première génération de composés (+/- 35 dérivés) sur des lignées cellulaires (COS-7) exprimant sélectivement soit TPalpha soit TPbeta. De plus, nous avons mesuré la capacité de ces composés à inhiber la mobilisation de calcium intracellulaire ([Ca2+]i) induite par la stimulation des deux isoformes TPalpha et TPbeta séparément. Nos résultats ont été confirmés sur agrégation plaquettaire humaine. Sur la base des résultats obtenus avec cette première génération de produits, nous avons synthétisé une seconde génération (+/- 35 dérivés) de composés, et avons réussi à augmenter la sélectivité en faveur de TPbeta pour certains produits. Loriginalité de ce travail réside dans le fait que nous avons évalué un nombre de produits importants sur TPalpha et TPbeta, au moyen de tests pharmacologiques spécifiques. Grâce à des études de relation structure-activité, nous avons identifié des groupements chimiques impliqués dans la sélectivité entre les deux isoformes. Nous pouvons donc proposer des structures "chef de file" pouvant être utiles pour le développement de composés hautement sélectifs, soit pour TPalpha, soit pour TPbeta. Par ailleurs, nous avons identifié in vivo des candidats pour le développement dagents thérapeutiques pour la prévention des thromboses et des autres pathologies provoquées par une activation plaquettaires excessive.

The process of respiration is a pattern of spontaneity and automatic motor control that originate in the brainstem. The mechanism by which the brainstem detects CO2 is termed central CO2 chemoreception (CCR). Since the early 1960’s there have been tremendous efforts placed on identification of central CO2 chemoreceptors (molecules that detect CO2). Even with these efforts, what a central CO2 chemoreceptor looks like remain unknown. To test the hypothesis that inward rectifier K+ (Kir) channels are CO2 sensing molecules in CCR, a series of experiments were carried out. 1) The first question asked was whether the Kir4.1-Kir5.1 channel is expressed in brainstem chemosensitive nuclei. Immunocytochemistry was performed on transverse medullary and pontine sections using antibodies raised against Kir4.1 and Kir5.1. Positive immunoassays for both Kir4.1 and Kir5.1 subunits were found in CO2 chemosensitive neurons. In the LC the Kir4.1 and Kir5.1 were co-expressed with the neurokinin-1 receptor that is the natural receptor for substance P. 2) The second question asked was whether the Kir4.1-Kir5.1 channel is subject to modulation by neurotransmitters critical for respiratory control. My studies demonstrated that indeed the Kir4.1-Kir5.1 channel is subject to modulation by substance P, serotonin and thyrotropin releasing hormone. 3) I performed studies to demonstrate the intracellular signaling system underlying the Kir4.1-Kir5.1 channel modulation by these neurotransmitters. The modulation by all three neurotransmitters was dependent upon the activation of protein kinase C (PKC). The Kir4.1-Kir5.1 but not the Kir4.1 channel was modulated by PKC. Both the Kir4.1 and Kir5.1 subunits can be phosphorylated by PKC in vitro. However, systematic mutational analysis failed to reveal the phosphorylation site. 4) The fourth question asked was whether Kir channels share a common pH gating mechanism that can be identified. Experiments were performed to understand the gating of the Kir6.2+SUR1 channel as specific sites for ligand binding and gating have been demonstrated. I identified a functional gate that was shared by multiple ligands that is Phe168 in the Kir6.2. Other Kir channels appear to share a similar gating mechanism. Taken together, these studies demonstrate the modulation of Kir channels in central CO2 chemoreception.