Mon travail de thèse s’est focalisé sur l’étude des récepteurs CXCR4 et ACKR3, deux récepteurs aux chimiokines. Ceux-ci jouent des rôles majeurs dans différentes fonctions physiologiques notamment le chimiotactisme des cellules immunitaires. Le dérèglement de leur activité est souvent associé à différents pathologies, notamment des cancers. Outre le fait que ces récepteurs lient tous les deux la même chimiokine, CXCL12, il a été montré qu’ils étaient capables d’exercer l’un sur l’autre des régulations croisées. Les mécanismes sous-tendant celles-ci sont très mal connus. Ils pourraient être liés à une compétition entre les récepteurs pour lier le même ligand CXCL12 ou à des régulations au niveau des voies de signalisation activées lors de la liaison d’une chimiokine. Ces régulations croisées pourraient également résulter de la formation de complexes de récepteurs appelés oligomères, complexes qui disposeraient de propriétés pharmacologiques particulières. De tels complexes ont été décrits dès les années 1990 dans des systèmes d’expression hétérologues mais leur existence et leurs rôles dans des systèmes natifs reste très largement débattus. Une des raisons est la difficulté à élaborer des outils moléculaires permettant l’étude de ces oligomères dans les tissus natifs.Le premier objectif de ma thèse a été l’élaboration d’outils permettant d’étudier l’existence de ces oligomères dans les systèmes natifs. En collaboration avec des laboratoires d’Amsterdam, j’ai développé des nanobodies fluorescents, petits anticorps produits par le lama, afin de marquer spécifiquement les récepteurs endogènes exprimés à la surface des cellules. Pour rendre fluorescent ces nanobodies, nous avons utilisé une technique originale permettant de greffer un fluorophore sur l’extrémité C-terminale de la molécule. Ces nanobodies conservent des propriétés pharmacologiques remarquables puisqu’ils conservent de hautes affinité et spécificité pour leur cible. J’ai ainsi pu utiliser ces molécules et démontrer l’existence des oligomères CXCR4 dans des lignées cellulaires exprimant de façon endogène le récepteur CXCR4. Des analyses similaires sont en cours sur le récepteur ACKR3.Le second objectif de ma thèse a été de définir les rôles potentiels de ces oligomères. J’ai pu montrer que les hétéro-oligomères CXCR4 /ACKR3, complexes associant les deux types de récepteurs, possèdent des propriétés de liaison particulière. Ceux-ci semblent ne lier la chimiokine CXCL12 que sur le récepteur ACKR3 au sein du complexe. Cette asymétrie de liaison est très étonnante car le récepteur CXCR4 est capable de lier CXCL12 avec une cinétique bien supérieure à celle de ACKR3 pour ce même ligand. J’ai étudié les conséquences d’une telle asymétrie de liaison sur les propriétés de signalisation de ces récepteurs. Une analyse des différentes voies de couplage activées lors de la liaison de CXCL12 a été réalisée sur les récepteurs exprimés de façon isolée ou co-exprimés au sein d’une même cellule. Les résultats ne montrent pas de modifications majeures de leur propriété de couplage.Nous avons par ailleurs analysé la capacité de ces récepteurs à internaliser en absence ou en présence de ligand CXCL12. J’ai pu observer que les hétéro-oligomères CXCR4 / ACKR3 restaient vraisemblablement bloquer à la surface des cellules.Ces travaux ouvrent des perspectives intéressantes dans la mesure où elles constituent la première démonstration de l’existence d’oligomères CXCR4 dans des systèmes natifs.Par ailleurs l’observation d’une régulation différente de l’internalisation des hétéro-oligomères constitue une première piste conférant à ces complexes un rôle particulier dans les régulations croisées de l’activité que ces récepteurs exercent l’un sur l’autre. / During my PhD, I focused on two chemokine receptors, CXCR4 and ACKR3. They have several important physiological functions, such as chemotaxis of immune cells. However, on the other hand, when their function is disturbed, they are involved in different immunological pathologies and cancer. Both receptors recognise the same chemokine, CXCL12 and many studies have reported a crosstalk between CXCR4 and ACKR3. However, the mechanisms behind this crosstalk are still poorly understood. This crosstalk can occur because both receptors are competing for CXCL12, at the level of signalling pathways or due to the formation of complexes between CXCR4 and ACKR3 receptors, called oligomers. The oligomers might have specific pharmacological properties different from the receptor monomers. Oligomeric complexes have been described since the nineties. Most of the studies on these oligomers were performed on heterologous expression systems, but still a lot of debate exists about their existence and their role in native tissues. One of the reasons behind this controversy is that studying oligomers in a native context is complicated, especially because we often lack the molecular tools for these studies.The first objective of my PhD was to generate efficient tools to study the existence of CXCR4 and ACKR3 oligomers in native systems. In collaboration with laboratories from Amsterdam and Ghent, we have developed fluorescent nanobodies, small antibodies produced by llamas. These specific tools allow the detection of receptors endogenously expressed at the cell surface. In order to fluorescently label these nanobodies, we have used an original strategy that can specifically attach the fluorophore to the C-terminus of the nanobody. Interestingly, the fluorescent nanobodies retain high affinity and specificity for their target. With these nanobodies, I have demonstrated the existence of CXCR4 oligomers in cell lines that endogenously express CXCR4. We are currently investigating the existence of ACKR3 oligomers.The second objective of my PhD consists of defining the functional roles of these oligomers. I have shown that CXCR4/ACKR3 hetero-oligomers have specific binding characteristics. It seems that CXCL12 is binding only to ACKR3 within this hetero-oligomer and that ACKR3 impairs the CXCL12 binding to CXCR4 within the hetero-oligomer. This is interesting, since we also have demonstrated that CXCL12 is binding much faster on CXCR4 than on ACKR3.In addition, I have studied the consequences of this negative cooperativity within the CXCR4/ACKR3 hetero-oligomer on different signalling pathways. We have compared conditions where the receptor was expressed alone or when receptors were co-expressed. No major modifications have been found on their signalling properties. However, when investigating the internalisation of CXCR4 and ACKR3, it seems that CXCR4/ACKR3 hetero-oligomers remain blocked on the cellular surface.This opens interesting perspectives, since it is the first time CXCR4 oligomers have been detected at an endogenous level. Moreover, the observation of a different internalisation pattern of the hetero-oligomer is a first step to further investigate the specific roles of these oligomers in the crosstalk between the receptors.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2019MONTT018 |
| Date | 18 October 2019 |
| Creators | Heuninck, Joyce |
| Contributors | Montpellier, Durroux, Thierry, Pin, Jean-Philippe |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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