Involvement of Beta-arrestin 1 and Beta-arrestin 2 in store operated calcium entry

Résumé : La variation de la [Ca2+] intracellulaire participe à nombreux de processus biologiques. Les cellules eucaryotes expriment à la membrane plasmique une variété de canaux par lesquelles le calcium peut entrer. Dans les cellules non excitables, deux mécanismes principaux permettent l'entrée calcique; l'entrée capacitative de Ca2+ via Orai1 (SOCE) et l'entrée calcique activé par un récepteur (ROCE). Plusieurs protéines clés sont impliquées dans la régulation de ces voies d'entrée calcique, ainsi que dans l'homéostasie calcique. TRPC6 est un canal calcique impliquée dans l'entrée calcique dans les cellules à la suite d’une stimulation d’un récepteur hormonal. TRPC6 transloque à la membrane cellulaire et il y demeure jusqu'à ce que le stimulus soit retiré. Les mécanismes qui régulent le trafic et l'activation de TRPC6 sont cependant encore peu connus. Des découvertes récentes ont démontré qu'il y a un rôle potentiel de Rho kinase dans l'activité de TRPC6. Rho kinase est activée par la petite protéine G RhoA qui peut être activée par les protéines G hétérotrimériques Gα12 et Gα13. En plus de Gα12 et Gα13, les protéines de désensibilisation des GPCR β -arrestin 1 et / ou β-arrestin 2 peuvent aussi activer RhoA. Le but de notre étude est d'examiner la participation des protéines Gα12/13 et β-arrestin 1/ β-arrestin 2 dans l'activation de TRPC6 et de la protéine Orai1. Nous avons utilisé des ARN interférant (siRNA) spécifiques pour induire une réduction de l'expression de Gα12/13 ou β-arrestin 1/β-arrestin 2. La conséquence sur l’entrée de Ca2+ dans les cellules a été ensuite déterminée par imagerie calcique en temps réel suite à une stimulation par la vasopressine (AVP), thapsigargin ou carbachol. Nous avons donc identifié que dans des cellules A7r5, une lignée cellulaire de musculaires lisses vasculaires où le canal TRPC6 exprimé de manière endogène, la diminution de l’expression des protéines Gα12 ou Gα13 ne semble pas modifier l’entrée Ca2+ induit par l’AVP par rapport aux cellules témoins. D'autre part, la diminution de l’expression β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 dans des cellules HEK 293 ainsi que des cellules HEK 293 exprimant de façon stable TRPC6 (cellules T6.11) ont augmenté l’entrée de Ca2+ induite par thapsigargin, un activateur pharmacologique de SOCE. Des études de co-immunoprécipitation démontrent une interaction entre la β-arrestin 1 et STIM1, alors qu'aucune interaction n'a été observée entre les β-arrestin 1 et Orai1. Nous avons de plus montré à l'aide d'analyse en microscopie confocale que la diminution de l’expression β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 n’influence pas la quantité d’Orai1 à la périphérie cellulaire. Cependant, des résultats préliminaires indiquent que la diminution de l’expression β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 augmente la quantité de STIM1-YFP dans l'espace intracellulaire et diminue sa quantité à la périphérie cellulaire. En conclusion, nous avons montré que les β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 sont impliquées dans l'entrée capacitative de Ca2+ (SOCE) et contrôlent la quantité de STIM1 dans le réticulum endoplasmique.

Abstract : In an organism, intracellular [Ca2+] takes part in many biological processes. Eukaryotic cells express a variety of channels in the plasma membrane through which calcium can enter. In non-excitable cells, two main mechanisms allow calcium entry; the store-operated calcium entry via Orai1 (SOCE) and receptor-operated calcium entry (ROCE). Several key proteins are involved in the regulation of these calcium entry pathways as well as in calcium homeostasis. TRPC6 is a calcium channel implied in calcium entrance into the cells following hormonal stimulation and translocates to the plasma membrane. TRPC6 channel appear to the plasma membrane until the stimulus is present. Although, the mechanisms that regulate the trafficking and activation of TRPC6 are still little known. Recent findings have demonstrated that there is a potential role of Rho kinase in activity of TRPC6. Rho kinase is activated by the small G protein RhoA that itself can be activated by the heterotrimeric G proteins Gα12 and Gα13. In addition to Gα12 and Gα13 proteins, cytosolic GPCR desensitizing proteins β-arrestin 1 and/or β-arrestin 2 could also activate RhoA. The purpose of our study is to investigate the involvement of the proteins Gα12/13 and β-arrestin 1/β-arrestin 2 in the activation of TRPC6 and Orai1 protein. We used siRNA specific to Gα12/13 or β-arrestin 1/β-arrestin 2 to knockdown their endogenous expression. Then, calcium imaging in real time was performed in order to see the quantity of calcium entered into the cell following stimulation by vasopressin (AVP), thapsigargin, or carbachol. We hence identified that in A7r5 cell, vascular smooth muscle cell where TRPC6 channel expressed endogenously; reduced expression of Gα12 or Gα13 proteins does not seem to modify the AVP-induced Ca2+ entry compared to control cells. On the other hand, calcium imaging experiment in knocked down β-arrestin 1 or β-arrestin 2 in HEK 293 cells as well as HEK 293 cells stably transfected with TRPC6 (T6.11 cells) resulted in an increased thapsigargin-induced calcium entry. The co-immunoprecipitation studies demonstrate an interaction between β-arrestin 1 and STIM1, a calcium sensor in SOCE influx, while no interaction was observed between β-arrestin 1 and Orai1.We moreover showed by confocal microscopy that reduced expression of β-arrestin 1/ β-arrestin 2 does not influence the quantity of Orai1 at the cell periphery. Preliminary results showed that reduced expression of β-arrestin 1 or β-arrestin 2 increases the quantity of STIM1-YFP in the intracellular space and less it’s in peri-membrane space. In conclusion, we showed that β-arrestin 1 or β-arrestin 2 are involved in the store-operated calcium entry (SOCE) and control the quantity of STIM1 in the endoplasmic reticulum.