G protein-coupled receptors (GPCRs) play fundamental roles in our homeostatic balance through their involvement in numerous physiological processes. In order to maintain their responsiveness to the extracellular environment, a complex process of receptor desensitization and resensitization has evolved. To allow receptors to be resensitized, they must first undergo endocytosis, a process involving numerous adaptor proteins, which facilitate the internalization of the receptor into the cell. The most common method of GPCR internalization engages the clathrin-dependent pathway, where the two most prominent adaptors are βarrestin and AP-2. While there is a relatively clear picture of how these proteins mediate receptor endocytosis, regulatory mechanisms through which these endocytic adaptors may affect or be affected by signalling events is significantly less well described.The angiotensin II type I receptor is used as the model receptor in our studies, as previous work in our lab characterized some of the protein factors necessary for the endocytic process. While the previous work demonstrated phosphorylation-dependent regulation of βarrestin and AP-2 complex at a putative tyrosine residue, these results were solely in vitro, and had not been confirmed in living cells. As such we generated a polyclonal antibody against this putative phosphorylation site and revealed that not only did this phosphorylation event occur in multiple cell types in response to angiotensin II (AngII) treatment but that the activation of multiple receptors including a non-GPCR, the epidermal growth factor receptor, induced phosphorylation on the β-subunit of AP-2, the main subunit involved in βarrestin binding. My work, which is published in a previous manuscript, also revealed that prevention of this phosphorylation event stabilizes βarrestin/AP-2 complex dramatically. While our initial studies revealed that this phosphorylation event had little impact on receptor endocytosis, new tools have since been developed in the lab. Mainly, we generated a single chain antibody that can be expressed intracellularly targeting the phosphosite, and demonstrated that binding to this phosphorylated residue results in a prolonged endocytic block. We further established this phosphorylated tyrosine residue as a putative binding motif for certain Src homology 2 (SH2) domain containing proteins as three are capable of binding phosphorylated β2adaptin. Finally, due to the βarrestin-dependent nature of this phosphorylation event, we characterized four AngII analogs with single amino acid substitutions in their octapeptide sequence. Our findings established a correlative relationship between the strength of βarrestin to receptor avidity and the level of extracellular signal-regulated kinase (ERK) activation. Presumably, the differences in avidity would alter the trafficking of the receptor affecting its fate towards recycling or degradation. Furthermore, we establish that the conformation of βarrestin can alter the pathways activated downstream of the receptor resulting in alternative cellular outcomes like cell growth or migration. These results highlight how important regulation of these endocytic adaptors is to overall GPCR fate, not only due to their role in internalization but also for their own signalling potential. / Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) jouent un rôle fondamental dans notre équilibre homéostatique par leur implication dans de nombreux processus physiologiques. Afin de maintenir leur réactivité à l'environnement extracellulaire, un processus complexe de désensibilisation et resensibilisation des récepteurs a évolué. Afin de permettre aux récepteurs d'être resensibilisés, ils doivent d'abord être internalisés par endocytose, un processus impliquant de nombreuses protéines adaptatrices. La méthode la plus commune de l'internalisation des RCPGs est la voie dépendante à la clathrine, où les deux adaptateurs les plus importants sont βarrestine et AP-2. Bien que nous ayons une image relativement claire de la façon dont ces protéines conduisent à l'endocytose du récepteur, les mécanismes de régulation où ces adaptateurs de l'endocytose peuvent affecter ou être affecté par des processus de signalisation sont nettement moins bien décrits. Le récepteur de l'angiotensine II de type I est utilisé comme récepteur modèle dans nos études. Les études antérieures de notre laboratoire ont caractérisé certains des facteurs protéiques nécessaires pour le processus d'endocytose. Bien que les études précédentes ont démontré une régulation dépendante à la phosphorylation des complexes βarrestine et AP-2, ces résultats ont été exclusivement in vitro et n'ont pas été confirmés dans les cellules vivantes. Nous avons généré un anticorps polyclonal dirigé contre le site de phosphorylation putatif et avons révélé que non seulement cet évènement de phosphorylation se produit dans plusieurs types de cellules en réponse au traitement à l'angiotensine II (AngII), mais que l'activation de récepteurs multiples, comprenant un non-RCPG, le récepteur du facteur de croissance de l'épiderme, induisait la phosphorylation sur l'unité β de AP-2. Mon travail, précédemment publié dans un manuscrit, a également révélé que la prévention de cet évènement de phosphorylation stabilise les complexes βarrestine/AP-2 de façon significative. Bien que nos études initiales aient révélé que cette phosphorylation a peu d'impact sur l'endocytose des récepteurs, de nouveaux outils ont depuis été développés dans le laboratoire. Premièrement, nous avons généré un anticorps à chaîne unique qui peut être exprimé de façon intracellulaire et cible les phosphosites, et avons démontré que la liaison à ce résidu phosphorylé résulte dans un arrêt prolongé de l'endocytose. Nous avons également démontré que ce résidu tyrosine phosphorylé est un motif putatif de liaison pour certaines protéines contenant un domaine SH2 étant donné que trois de ces protéines sont capables de se lier à une β2adaptine phosphorylée. Enfin, en raison de la nature dépendate à βarrestine de cet évènement de phosphorylation, nous avons characterise quatre analogies de AngII avec une seule substitution d'acide amine dans leur sequence octapeptidique. Nos conclusions établissent une relation corrélative entre la force d'avidité de βarrestine pour son récepteur et le niveau d'activation de la kinase ERK suite aux signaux extracellulaires. Vraisemblablement, les différences d'avidité modifient le trafic du récepteur dans son destin vers le recyclage ou la dégradation. Par ailleurs, nous établissons que la conformation de βarrestine peut altérer les voies activées en aval du récepteur, entraînant d'autres effets cellulaires comme la croissance cellulaire ou la migration. Ces résultats mettent en évidence l'importance de la régulation par ces adaptateurs de l'endocytose sur le destin du RCPG, non seulement par leur rôle dans l'internalisation, mais aussi par leur propre potentiel de signalisation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.107645 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Zimmerman, Brandon |
| Contributors | Stephane Laporte (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Pharmacology & Therapeutics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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