Computational Predictions of G Protein-Coupled Receptor Structures and Binding Sites

G protein-coupled receptors (GPCRs) are the largest family of proteins within the human genome. They consist of seven transmembrane (TM) helices, with a N-terminal region of varying length and structure on the extracellular side, and a C-terminus on the intracellular side. GPCRs are involved in transmitting extracellular signals to cells, and as such are crucial drug targets. Designing pharmaceuticals to target GPCRs is greatly aided by full-atom structural information of the proteins. In particular, the TM region of GPCRs is where small molecule ligands (much more bioavailable than peptide ligands) typically bind to the receptors. In recent years nearly thirty distinct GPCR TM regions have been crystallized. However, there are more than 1,000 GPCRs, leaving the vast majority of GPCRs with limited structural information. Additionally, GPCRs are known to exist in a myriad of conformational states in the body, rendering the static x-ray crystal structures an incomplete reflection of GPCR structures. In order to obtain an ensemble of GPCR structures, we have developed the GEnSeMBLE procedure to rapidly sample a large number of variations of GPCR helix rotations and tilts. The lowest energy GEnSeMBLE structures are then docked to small molecule ligands and optimized. The GPCR family consists of five subfamilies with little to no sequence homology between them: class A, B1, B2, C, and Frizzled/Taste2. Almost all of the GPCR crystal structures have been of class A GPCRs, and much is known about their conserved interactions and binding sites. In this work we particularly focus on class B1 GPCRs, and aim to understand that family’s interactions and binding sites both to small molecules and their native peptide ligands. Specifically, we predict the full atom structure and peptide binding site of the glucagon-like peptide receptor and the TM region and small molecule binding sites for eight other class B1 GPCRs: CALRL, CRFR1, GIPR, GLR, PACR, PTH1R, VIPR1, and VIPR2. Our class B1 work reveals multiple conserved interactions across the B1 subfamily as well as a consistent small molecule binding site centrally located in the TM bundle. Both the interactions and the binding sites are distinct from those seen in the more well-characterized class A GPCRs, and as such our work provides a strong starting point for drug design targeting class B1 proteins. We also predict the full structure of CXCR4 bound to a small molecule, a class A GPCR that was not closely related to any of the class A GPCRs at the time of the work.

趋化因子及其受体基因家族的系统进化分析

通过分析现有的趋化因子和趋化因子受体的氨基酸序列,用距离法和最简约法构建了聚类图,探讨了趋化因子和趋化因子受体基因家族的系统演化特征。可见基因家族成员的分化早于脊椎动物的分化。不同物种的同一种基因的聚类关系能较好地反映物种间的系统发育关系。趋化因子受体的进化速率不同,其中CXCR4的进化速率最低。趋化因子和趋化因子受体可能都起源于少数几个原始的基因。病毒编码与寄主相似的趋化因子或受体是进化过程中分子模拟的结果。

性激素对抗体分泌细胞表面分子表达和抗体分泌的影响

　目的:探讨性激素调控抗体分泌细胞游走到生殖道的分子机制和对局部抗体分泌的影响。方法:以鼠源杂交 瘤细胞SG2 和PA4 为对象,检测其性激素受体、CXCR4 的mRNA 和CD31 的表达;用流式细胞术和ELISA 检测不同浓度性激素 作用下,抗体分泌细胞表面与细胞游走相关分子的表达和抗体分泌的变化。结果:SG2 和PA4 细胞表达雄激素受体和雌激素 受体β,表达CXCR4 ,但不表达CD31。性激素对抗体分泌细胞表面分子的表达和抗体分泌量并没有明显的影响。结论:性激素 对抗体分泌细胞游走的调控作用与细胞自身相关黏附分子的变化关系不大,推测可能主要是通过对内皮细胞地址素表达的 影响来实现的。

树鼩CXCR4cDNA的克隆和序列分析

　目的　获得树　CXCR4 的cDNA 序列,探讨其是否可以支持HIV-1 病毒和细胞的结合。方法　设计 相应的引物, 用RT- PCR ,基因克隆,DNA 序列分析技术。结果　获得了全长为1059bp 树　CXCR4 (tsCXCR4) 基因 的cDNA。发现其核苷酸序列与人的CXCR4 (hCXCR4) 基因的cDNA 有9218 % 的相似性,由此推导出的氨基酸序列 有9619 % 相似性。与hCXCR4 功能相关的关键位点完全相同,tsCXCR4 的N 端第7 和12 位点为酪氨酸,第14、15 和 32 位点为谷氨酸,胞外环第183 ,188 为精氨酸, 第193、262 位点以及跨膜区97 位点为天冬氨酸。结论　树　的CX2 CR4 很可能会作为HIV-1 的辅助受体。　

树ju免疫细胞体外感染Ⅰ型人免疫缺陷病毒的实验研究

报告以不同的HIV-1病毒株体外感染树ju免疫细胞的实验研究,结果表明树ju的这些免疫细胞在体外未能感染上HIV-1,可能的原因是树ju的这些免疫细胞的HIV-1受体(CD4)和辅助受体(CCR5或CXCR4)与人的免疫细胞差别较大。

Migration of mouse antibody-secreting hybridoma cells from blood to genital tract and its regulation by sex hormones are associated with the differential expression patterns of adhesion molecules and chemokines in the tract rather than in the antibody-secreting cells

To understand better the molecular mechanisms of differential migration of antibody-secreting cells (ASCs) into mouse genital tracts, and regulation by sex hormones, surface markers, hormone receptors and adhesion molecules in mouse SG2 and PA4 hybridoma cells, respectively, secreting IgG2b and polymeric IgA antibody were detected by flow cytometry or RT-PCR. Semiquantitative RT-PCR was also used for measuring mRNA expression of adhesion molecules and chemokines (VCAM-1, ICAM-1, P-selectin, JAM-1 and CXCL12) in genital tracts of various adult mouse groups. The mRNAs of androgen receptor, estrogen receptor beta and CXCR4 were expressed in the ASCs. Sex hormones had no effect on expression of these molecules in ASCs. Except for VCAM-1, mRNA of all examined genes was expressed in normal mouse genital tracts. The mean of relative amounts of ICAM-1 and CXCL12 mRNA in all examined organs of females were higher (2.1- and 1.9-fold) than those in males. After orchiectomy or ovariectomy, the expression of ICAM-1, CXCL12 and P-selectin mRNA in the examined organs increased, except JAM-1 in male and CXCL12 in female. Sex hormone treatment recovered the changes to normal levels of mRNA expression in many examined genital tissues. In combination with our previous work, preferential migration of ASCs into female genital tract and regulation of migration by sex hormones are associated with expression patterns of adhesion molecules and chemokines in genital tract rather than in ASCs. (C) 2006 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Ex vivo culture of patient tissue and examination of gene delivery

Gene therapy has emerged as a realistic prospect for the treatment of cancer due to its potential for selective tumour cell targeting. The greatest challenge gene delivery vectors face is the ability to safely and efficiently deliver genes into target cells. The overall objectives of this thesis are to evaluate the efficacy of various gene delivery methods in a clinically relevant tumour model and to also investigate potential strategies for tumour selective delivery. We began with the development of a tumour slice model system using patient waste tissue. This model involves the use of fresh human tumour tissue, cut into thin slices and maintained ex vivo and is universally applicable to gene delivery methods, using a real-time luminescence detection method to assess gene delivery. The nature of the ex vivo culture system permitted examination of specific physiological variables, the influence of intratumoural factors and tissue specific effects on vector expression. Adenoviral vectors under the control of the human CXCR4 promoter demonstrated a 'tumour on' and 'normal off' expression profile when compared with the ubiquitously active CMV promoter when tested in patient tumour tissue. In addition, we developed an ex vivo system of changing oxygenation using the hypoxia inducer, cobalt, to mimic the transient hypoxic conditions found in solid tumours. We found that Adenoviral transgene expression was robust in the cycling hypoxic conditions relevant to solid tumours and re-oxygenation of chronically hypoxic tissue enhanced transgene expression. Finally, we demonstrated an AAV-based tumour targeting strategy using a tumour-selective promoter allowing for the efficient targeting of AAV vectors to cancer cells and the sparing of normal tissue in both murine metastatic liver tumours models and patient tissue. The thesis highlights the importance of indepth preclinical assessment of novel therapeutics and may serve as a platform for further testing of novel gene delivery approaches.

Status of GPCR modeling and docking as reflected by community-wide GPCR Dock 2010 assessment

The community-wide GPCR Dock assessment is conducted to evaluate the status of molecular modeling and ligand docking for human G protein-coupled receptors. The present round of the assessment was based on the recent structures of dopamine D3 and CXCR4 chemokine receptors bound to small molecule antagonists and CXCR4 with a synthetic cyclopeptide. Thirty-five groups submitted their receptor-ligand complex structure predictions prior to the release of the crystallographic coordinates. With closely related homology modeling templates, as for dopamine D3 receptor, and with incorporation of biochemical and QSAR data, modern computational techniques predicted complex details with accuracy approaching experimental. In contrast, CXCR4 complexes that had less-characterized interactions and only distant homology to the known GPCR structures still remained very challenging. The assessment results provide guidance for modeling and crystallographic communities in method development and target selection for further expansion of the structural coverage of the GPCR universe.

Tumor-derived CXCL8 signaling augments stroma-derived CCL2-promoted proliferation and CXCL12-mediated invasion of PTEN-deficient prostate cancer cells

Impaired PTEN function is a genetic hallmark of aggressive prostate cancers (CaP) and is associated with increased CXCL8 expression and signaling. The current aim was to further characterize biological responses and mechanisms underpinning CXCL8-promoted progression of PTEN-depleted prostate cancer, focusing on characterizing the potential interplay between CXCL8 and other disease-promoting chemokines resident within the prostate tumor microenvironment. Autocrine CXCL8-stimulation (i) increased expression of CXCR1 and CXCR2 in PTEN-deficient CaP cells suggesting a self-potentiating signaling axis and (ii) induced expression of CXCR4 and CCR2 in PTEN-wild-type and PTEN-depleted CaP cells. In contrast, paracrine CXCL8 signaling induced expression and secretion of the chemokines CCL2 and CXCL12 from prostate stromal WPMY-1 fibroblasts and monocytic macrophage-like THP-1 cells. In vitro studies demonstrated functional co-operation of tumor-derived CXCL8 with stromal-derived chemokines. CXCL12-induced migration of PC3 cells and CCL2-induced proliferation of prostate cancer cells were dependent upon intrinsic CXCL8 signaling within the prostate cancer cells. For example, in co-culture experiments, CXCL12/CXCR4 signaling but not CCL2/CCR2 signaling supported fibroblast-mediated migration of PC3 cells while CXCL12/CXCR4 and CCL2/CCR2 signaling underpinned monocyte-enhanced migration of PC3 cells. Combined inhibition of both CXCL8 and CXCL12 signaling was more effective in inhibiting fibroblast-promoted cell motility while repression of CXCL8 attenuated CCL2-promoted proliferation of prostate cancer cells. We conclude that tumor-derived CXCL8 signaling from PTEN-deficient tumor cells increases the sensitivity and responsiveness of CaP cells to stromal chemokines by concurrently upregulating receptor expression in cancer cells and inducing stromal chemokine synthesis. Combined chemokine targeting may be required to inhibit their multi-faceted actions in promoting the invasion and proliferation of aggressive CaP.

Association between disruption of CD4 receptor dimerization and increased human immunodeficiency virus type 1 entry

Affiliation: Département de microbiologie et immunologie, Faculté de médecine, Université de Montréal & Institut de Recherches Cliniques de Montréal

L’implication du Stromal Cell-derived Factor-1 alpha dans le remodelage cardiaque une semaine après un infarctus du myocarde

L’injection de cellules souches provenant de la moelle osseuse est reconnue pour améliorer la fonction ventriculaire ainsi que le remodelage cicatriciel après un infarctus du myocarde (IM). Le Stromal Cell-derived factor-1 alpha (SDF-1 alpha), une chimiokine induite par l’ischémie cardiaque, représente une grande importance en raison de son rôle dans le recrutement de cellules inflammatoires et de cellules souches de la moelle osseuse vers les sites endommagés. Quoique les recherches sur le rôle de la chimiokine SDF-1 alpha dans le remodelage ventriculaire se multiplient, son implication dans la phase aiguë du remodelage reste inexplorée. Le but de la présente étude est de déterminer l’effet du SDF-1 alpha sur la taille de la cicatrice, l’hypertrophie cardiaque ainsi que la fonction ventriculaire chez des rats et des souris une semaine après un IM. La stratégie utilisée implique l’administration de l’AMD3100 (1 mg/kg, 24 heures après l’IM, pendant 6 jours), l’antagoniste sélectif du récepteur du SDF-1 alpha, le CXCR4. Ce récepteur est couplé à une protéine G alpha i et induit la migration et la prolifération cellulaire. Chez les rats du groupe IM, l’expression de la chimiokine a été détectée surtout dans les cellules musculaires lisses et les cellules endothéliales des vaisseaux cicatriciels. Le profil d’expression de la chimiokine dans le cœur infarci indique un gradient de concentration vers la cicatrice. Une semaine après l’IM, le traitement avec l’AMD3100 a diminué la taille de la cicatrice, résultant en une amélioration de la fonction ventriculaire et une diminution de l’élévation de l’expression de l’ARNm de l’ANP dans le ventricule gauche non infarci (VGNI). Chez les souris, le traitement avec l’AMD3100 a engendré les mêmes effets, soit une diminution de la taille de la cicatrice ainsi qu’une amélioration de la fonction ventriculaire. La réduction de la taille de la région infarcie chez les souris traitées avec l’AMD3100 est associée avec une atténuation de l’infiltration des neutrophiles dans la région ischémique. Ces résultats suggèrent que le blocage pharmacologique de l’axe SDF-1 alpha/CXCR4 lors de la phase aiguë du remodelage ventriculaire après un IM diminue la taille de la cicatrice et améliore la fonction ventriculaire, en partie, par la diminution de la réaction inflammatoire.

Étude de la relation entre les conformations et la signalisation des 7TMRs

L’interaction d’un ligand avec un récepteur à sept domaines transmembranaires (7TMR) couplé aux protéines G, mène à l’adoption de différentes conformations par le récepteur. Ces diverses conformations pourraient expliquer l’activation différentielle des voies de signalisation. Or, le lien entre la conformation et l’activité du récepteur n’est pas tout à fait claire. Selon les modèles classiques pharmacologiques, comme le modèle du complexe ternaire, il n’existe qu’un nombre limité de conformations qu’un récepteur peut adopter. Afin d’établir un lien entre la structure et la fonction des récepteurs, nous avons choisi dans un premier temps, le récepteur de chimiokine CXCR4 comme récepteur modèle. Ce dernier, est une cible thérapeutique prometteuse, impliqué dans l’entrée du VIH-1 dans les cellules cibles et dans la dissémination de métastases cancéreuses. Grâce au transfert d’énergie par résonance de bioluminescence (BRET) nous pouvons détecter les changements conformationnels des homodimères constitutifs de CXCR4 dans les cellules vivantes. En conséquence, nous avons mesuré les conformations de mutants de CXCR4 dont les mutations affecteraient sa fonction. Nous montrons que la capacité des mutants à activer la protéine Galphai est altérée suite au traitement avec l’agoniste SDF-1. Notamment, ces mutations altèrent la conformation du récepteur à l’état basal ainsi que la réponse conformationnelle induite suite au traitement avec l’agoniste SDF-1, l’agoniste partiel AMD3100 ou l’agoniste inverse TC14012. Ainsi, différentes conformations de CXCR4 peuvent donner lieu à une activation similaire de la protéine G, ce qui implique une flexibilité des récepteurs actifs qui ne peut pas être expliquée par le modèle du complexe ternaire (Berchiche et al. 2007). Également, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CCR2, exprimé à la surface des cellules immunitaires. Il joue un rôle important dans l’inflammation et dans des pathologies inflammatoires telles que l’asthme. CCR2 forme des homodimères constitutifs et possède différents ligands naturels dont la redondance fonctionnelle a été suggérée. Nous avons étudié le lien entre les conformations et les activations d’effecteurs (fonctions) de CCR2. Notre hypothèse est que les différents ligands naturels induisent différentes conformations du récepteur menant à différentes fonctions. Nous montrons que les réponses de CCR2 aux différents ligands ne sont pas redondantes au niveau pharmacologique et que les chimiokines CCL8, CCL7 et CCL13 (MCP-2 à MCP-4) sont des agonistes partiels de CCR2, du moins dans les systèmes que nous avons étudiés. Ainsi, l’absence de redondance fonctionnelle parmi les chimiokines liant le même récepteur, ne résulterait pas de mécanismes complexes de régulation in vivo, mais ferait partie de leurs propriétés pharmacologiques intrinsèques (Berchiche et al. 2011). Enfin, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CXCR7. Récemment identifié, CXCR7 est le deuxième récepteur cible de la chimiokine SDF-1. Cette chimiokine a été considérée comme étant capable d’interagir uniquement avec le récepteur CXCR4. Notamment, CXCR4 et CXCR7 possèdent un patron d’expression semblable dans les tissus. Nous avons évalué l’effet de l’AMD3100, ligand synthétique de CXCR4, sur la conformation et la signalisation de CXCR7. Nos résultats montrent qu’AMD3100, tout comme SDF-1, lie CXCR7 et augmente la liaison de SDF-1 à CXCR7. Grâce au BRET, nous montrons aussi qu’AMD3100 seul est un agoniste de CXCR7 et qu’il est un modulateur allostérique positif de la liaison de SDF-1 à CXCR7. Aussi, nous montrons pour la première fois le recrutement de la beta-arrestine 2 à CXCR7 en réponse à un agoniste. L’AMD3100 est un ligand de CXCR4 et de CXCR7 avec des effets opposés, ce qui appelle à la prudence lors de l’utilisation de cette molécule pour l’étude des voies de signalisation impliquant SDF-1 (Kalatskaya et al. 2009). En conclusion, nos travaux amènent des évidences qu’il existe plusieurs conformations actives des récepteurs et appuient les modèles de structure-activité des récepteurs qui prennent en considération leur flexibilité conformationnelle.

Identification et caractérisation des cibles transcriptionnelles de ETV6, un facteur de transcription impliqué dans la leucémie de l’enfant.

La leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) est responsable d’environ 25% de l’ensemble des cancers pédiatriques. Chez 85% des enfants diagnostiqués, la LLA entraîne une prolifération massive et incontrôlée de lymphocytes immatures de type précurseurs B dans la moelle osseuse (LLA pré-B). Des avancées intéressantes ont été faites au cours des trente dernières années et ont mené à une augmentation de l’efficacité des traitements thérapeutiques. Plus de 80% des enfants atteints de LLA seront guéris de cette maladie. Malheureusement, ces traitements manquent de spécificité à cause du manque de connaissances sur les mécanismes moléculaires impliqués durant l’initiation et le développement de la LLA pré-B pédiatrique. En d’autres termes, nous connaissons peu de chose sur l’étiologie de cette maladie. Plus de 25% des enfants atteints de la LLA pré-B présentent la translocation chromosomique t(12;21)(p13;q22) qui implique les gènes ETV6 et AML1. Celle-ci est formée in utero et mène à l’expression de la protéine chimère transcriptionnelle ETV6-AML1, dont la présence seule ne suffit pas au développement de la LLA pré-B. Ainsi, d’autres événements génétiques sont nécessaires au développement de cette leucémie. La délétion de l’allèle résiduel de ETV6 est un événement génétique fréquemment rencontré au moment du diagnostic de la LLA pré-B t(12;21)+. Cette délétion entraîne l’inactivation complète de ETV6 dans les lymphocytes pré-B leucémiques. ETV6 est un répresseur transcriptionnel de la famille Ets. Mon hypothèse de recherche est que ETV6 agit comme gène suppresseur de tumeur dans la LLA pré-B pédiatrique. L’inactivation de ETV6 causerait une dérégulation de l’expression de ses cibles transcriptionnelles et, par le fait même, favoriserait l’initiation et le déroulement de la leucémogenèse pédiatrique. Dans le cadre de mon projet, comme peu de cibles transcriptionnelles de ETV6 sont connues, j’ai effectué des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine et des essais luciférases qui ont permis d’identifier six nouvelles cibles transcriptionnelles: TP53 (p53 et Δ133p53), SPHK1, IL-18, PTGER4 et LUM. J’ai démontré que la régulation transcriptionnelle médiée par ETV6 requiert la présence de ses deux domaines fonctionnels: PNT (interactions protéiques) et ETS (liaison à l’ADN). Ces domaines favorisent la reconnaissance d’un site EBS consensus dans une région située près du promoteur de base. Ce mécanisme peut dépendre du promoteur régulé par ETV6, mais également du contexte cellulaire. Des études fonctionnelles réalisées sur des lymphocytes pré-B leucémiques ont permis de mesurer l’impact de la dérégulation de l’expression des cibles transcriptionnelles de ETV6 sur trois voies biologiques: la prolifération cellulaire, l’apoptose induite par un stress génotoxique et la migration cellulaire dirigée par la voie de signalisation CXCL12/CXCR4. Ceci a permis de démontrer l’implication des gènes SPHK1, IL-18 et PTGER4 durant la leucémogenèse pédiatrique. Cette étude est une des premières à suggérer le rôle de ETV6 comme gène suppresseur de tumeur dans la LLA pré-B pédiatrique. Suite à l’inactivation du répresseur transcriptionnel ETV6, l’augmentation de l’expression de ses cibles transcriptionnelles favoriserait la prolifération et la survie des lymphocytes pré-B leucémiques dans la moelle osseuse. L’identification de nouveaux gènes impliqués dans le développement de la LLA pré-B pédiatrique ouvre la porte au développement de nouveaux traitements thérapeutiques qui pourront présenter une meilleure spécificité envers l’étiologie de la maladie.

Étude fonctionnelle du couplage chimiokine-estrogène dans les tissus reproducteurs

Les estrogènes sont impliqués dans plusieurs aspects de la physiologie humaine en particulier, le développement, la croissance, la différenciation des tissus reproducteurs, la reproduction, et la grossesse. Les effets cellulaires des estrogènes sont transmis via l'interaction avec les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ. L’activation de ERα et ERβ contrôle directement la transcription des gènes cibles nécessaires pour médier les effets physiologiques des estrogènes. L’effet des estrogènes peut aussi être mitogénique et devient la cause de plusieurs pathologies surtout dans les tissus qui présentent une sensibilité accrue à l’hormone tel que les tissus mammaires, les ovaires et l’utérus. De ce fait, une surexposition de ces tissus à l’estrogène augmente le risque de développer le cancer. Dans une lignée cellulaire qui coexprime les deux récepteurs, nous avons identifié la chimiokine SDF-1 qui interagit avec le récepteur CXCR4 et qui décrit une boucle de régulation autocrine/paracrine entre la voie des chimiokines et celle des estrogènes. Cette régulation induit une augmentation de l’expression des gènes cibles prolifératifs du cancer du sein. Cependant, les mécanismes exacts de cette régulation restent inconnus. Afin d'identifier les cibles exactes de cette régulation au niveau génomique, nous avons développé un modèle cellulaire pour discriminer le rôle respectif de ERα et ERβ au niveau du contrôle transcriptionnel de cette boucle de régulation des chimiokines. En partant d’une lignée cellulaire ER-, nous avons généré un système cellulaire qui exprime l’un ou l’autre des isoformes en plus du mutant ERβ-S87A. Nous avons construit le promoteur CXCR4bLuc qu’on a testé dans les lignées cellulaires générées. En utilisant la construction du promoteur CXCR4bLuc, nous avons démontré une voie de régulation des récepteurs des chimiokines par les récepteurs des estrogènes. L’activation membranaire de CXCR4 par SDF-1 implique l’activation directe du récepteur de l’estrogène ERβ par phosphorylation de la sérine 87. Cette phosphorylation active ERβ et favorise l’expression du gène de CXCR4. La transcription de CXCR4 passe par la liaison de ERβ au niveau d’un élément de liaison ERE que nous avons identifié dans ce travail par la technique de ChIP. Ainsi, nous avons identifié une cible exacte de la régulation des récepteurs des chimiokines CXCR4 par le récepteur des estrogènes ERβ qui peut constituer une approche prometteuse pour contrer les pathologies associées au cancer du sein et ses métastases.

The Independence of CXCR4’s Pathways, Gαi and β-Arrestin2, and Their Modulation by AMD3100 and TC14012

CXCR4, a chemokine receptor involved in metastasis and homing of hematopoietic stem cells, signals through two major pathways: Gαi and β-arrestin2. β-arrestin2 terminates G-protein signaling and targets the receptor to endocytosis. This project proposed to study the effect of a previously described set of CXCR4 mutants on both these signaling pathways, as well as their localization. These mutants were assayed by different Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET) systems. Using these systems, we confirmed that N119S is a constitutively active mutant (CAM), spontaneously activating Gαi. As well, we found that R134A is a constitutively inactive mutant (CIM), devoided of G-protein signaling, but spontaneously recruiting β-arrestin2. In addition, we studied the dependency of β-arrestin2 recruitment on the Gαi activity. By targeting R134A and N119S with pertussis toxin, an inhibitor of the Gαi activation, we showed efficient blocking of the Gαi pathway, while maintaining the constitutive recruitment of β-arrestin2. This demonstrated that for CXCR4, β-arrestin2 recruitment is independent of the Gαi pathway. Finally, two synthetic ligands of CXCR4, AMD3100 and TC14012 were tested for their ability to recruit β-arrestin2. AMD3100 is a clinically approved drug used for stem cell transplantation, with considerable side effects. We found it to be an antagonist on both Gαi and β-arrestin2 recruitment. On the other hand, TC14012 was found to be an inverse agonist on Gαi and an antagonist on β-arrestin2 recruitment. Based on this finding, it would be preferable to use of TC14012 as it will further reduce any basal Gαi activity, without affecting β-arrestin2 recruitment. These results support the development of TC14012 for stem cell mobilization trials.