The effect of mutations in the DRY motif on the constitutive activity and structural instability of the histamine H(2) receptor.

In previous studies we showed that the wild-type histamine H(2) receptor stably expressed in Chinese hamster ovary cells is constitutively active. Because constitutive activity of the H(2) receptor is already found at low expression levels (300 fmol/mg protein) this receptor is a relatively unique member of the G-protein-coupled receptor (GPCR) family and a useful tool for studying GPCR activation. In this study the role of the highly conserved DRY motif in activation of the H(2) receptor was investigated. Mutation of the aspartate 115 residue in this motif resulted in H(2) receptors with high constitutive activity, increased agonist affinity, and increased signaling properties. In addition, the mutant receptors were shown to be highly structurally instable. Mutation of the arginine 116 residue in the DRY motif resulted also in a highly structurally instable receptor; expression of the receptor could only be detected after stabilization with either an agonist or inverse agonist. Moreover, the agonist affinity at the Arg-116 mutant receptors was increased, whereas the signal transduction properties of these receptors were decreased. We conclude that the Arg-116 mutant receptors can adopt an active conformation but have a decreased ability to couple to or activate the G(s)-protein. This study examines the pivotal role of the aspartate and arginine residues of the DRY motif in GPCR function. Disruption of receptor stabilizing constraints by mutation in the DRY motif leads to the formation of active GPCR conformations, but concomitantly to GPCR instability.

The adaptor complex 2 directly interacts with the alpha 1b-adrenergic receptor and plays a role in receptor endocytosis.

Using the yeast two-hybrid system, we identified the mu 2 subunit of the clathrin adaptor complex 2 as a protein interacting with the C-tail of the alpha 1b-adrenergic receptor (AR). Direct association between the alpha 1b-AR and mu 2 was demonstrated using a solid phase overlay assay. The alpha 1b-AR/mu 2 interaction occurred inside the cells, as shown by the finding that the transfected alpha 1b-AR and the endogenous mu 2 could be coimmunoprecipitated from HEK-293 cell extracts. Mutational analysis of the alpha 1b-AR revealed that the binding site for mu 2 does not involve canonical YXX Phi or dileucine motifs but a stretch of eight arginines on the receptor C-tail. The binding domain of mu 2 for the receptor C-tail involves both its N terminus and the subdomain B of its C-terminal portion. The alpha 1b-AR specifically interacted with mu 2, but not with the mu 1, mu 3, or mu 4 subunits belonging to other AP complexes. The deletion of the mu 2 binding site in the C-tail markedly decreased agonist-induced receptor internalization as demonstrated by confocal microscopy as well as by the results of a surface receptor biotinylation assay. The direct association of the adaptor complex 2 with a G protein-coupled receptor has not been reported so far and might represent a common mechanism underlying clathrin-mediated receptor endocytosis.

Cardiovascular actions of angiotensin-(1-7)

Angiotensin-(1-7) (Ang-(1-7)) is now considered to be a biologically active member of the renin-angiotensin system. The functions of Ang-(1-7) are often opposite to those attributed to the main effector component of the renin-angiotensin system, Ang II. Chronic administration of angiotensin-converting enzyme inhibitors (ACEI) increases 10- to 25-fold the plasma levels of this peptide, suggesting that part of the beneficial effects of ACEI could be mediated by Ang-(1-7). Ang-(1-7) can be formed from Ang II or directly from Ang I. Other enzymatic pathways for Ang-(1-7) generation have been recently described involving the novel ACE homologue ACE2. This enzyme can form Ang-(1-7) from Ang II or less efficiently by the hydrolysis of Ang I to Ang-(1-9) with subsequent Ang-(1-7) formation. The biological relevance of Ang-(1-7) has been recently reinforced by the identification of its receptor, the G-protein-coupled receptor Mas. Heart and blood vessels are important targets for the formation and actions of Ang-(1-7). In this review we will discuss recent findings concerning the biological role of Ang-(1-7) in the heart and blood vessels, taking into account aspects related to its formation and effects on these tissues. In addition, we will discuss the potential of Ang-(1-7) and its receptor as a target for the development of new cardiovascular drugs.

Effect of penehyclidine hydrochloride on β-arrestin-1 expression in lipopolysaccharide-induced human pulmonary microvascular endothelial cells

β-arrestins are expressed proteins that were first described, and are well-known, as negative regulators of G protein-coupled receptor signaling. Penehyclidine hydrochloride (PHC) is a new anti-cholinergic drug that can inhibit biomembrane lipid peroxidation, and decrease cytokines and oxyradicals. However, to date, no reports on the effects of PHC on β-arrestin-1 in cells have been published. The aim of this study was to investigate the effect of PHC on β-arrestin-1 expression in lipopolysaccharide (LPS)-induced human pulmonary microvascular endothelial cells (HPMEC). Cultured HPMEC were pretreated with PHC, followed by LPS treatment. Muscarinic receptor mRNAs were assayed by real-time quantitative PCR. Cell viability was assayed by the methyl thiazolyl tetrazolium (MTT) conversion test. The dose and time effects of PHC on β-arrestin-1 expression in LPS-induced HPMEC were determined by Western blot analysis. Cell malondialdehyde (MDA) level and superoxide dismutase (SOD) activity were measured. It was found that the M3 receptor was the one most highly expressed, and was activated 5 min after LPS challenge. Furthermore, 2 μg/mL PHC significantly upregulated expression of β-arrestin-1 within 10 to 15 min. Compared with the control group, MDA levels in cells were remarkably increased and SOD activities were significantly decreased in LPS pretreated cells, while PHC markedly decreased MDA levels and increased SOD activities. We conclude that PHC attenuated ROS injury by upregulating β-arrestin-1 expression, thereby implicating a mechanism by which PHC may exert its protective effects against LPS-induced pulmonary microvascular endothelial cell injury.

Mode of action of FMRFamide-like peptide on drosophila body wall muscle conractions

Neuropeptides are the largest group of signalling chemicals that can convey the information from the brain to the cells of all tissues. DPKQDFMRFamide, a member of one of the largest families of neuropeptides, FMRFamide-like peptides, has modulatory effects on nerve-evoked contractions of Drosophila body wall muscles (Hewes et aI.,1998) which are at least in part mediated by the ability of the peptide to enhance neurotransmitter release from the presynaptic terminal (Hewes et aI., 1998, Dunn & Mercier., 2005). However, DPKQDFMRFamide is also able to act directly on Drosophila body wall muscles by inducing contractions which require the influx of extracellular Ca 2+ (Clark et aI., 2008). The present study was aimed at identifying which proteins, including the membrane-bound receptor and second messenger molecules, are involved in mechanisms mediating this myotropic effect of the peptide. DPKQDFMRFamide induced contractions were reduced by 70% and 90%, respectively, in larvae in which FMRFamide G-protein coupled receptor gene (CG2114) was silenced either ubiquitously or specifically in muscle tissue, when compared to the response of the control larvae in which the expression of the same gene was not manipulated. Using an enzyme immunoassay (EIA) method, it was determined that at concentrations of 1 ~M- 0.01 ~M, the peptide failed to increase cAMP and cGMP levels in Drosophila body wall muscles. In addition, the physiological effect of DPKQDFMRFamide at a threshold dose was not potentiated by 3-lsobutyl-1-methylxanthine, a phosphodiesterase inhibitor, nor was the response to 1 ~M peptide blocked or reduced by inhibitors of cAMP-dependent or cGMP-dependent protein kinases. The response to DPKQDFMRFamide was not affected in the mutants of the phosholipase C-~ (PLC~) gene (norpA larvae) or IP3 receptor mutants, which suggested that the PLC-IP3 pathway is not involved in mediat ing the peptide's effects. Alatransgenic flies lacking activity of calcium/calmodul in-dependent protein kinase (CamKII showed an increase in muscle tonus following the application of 1 JlM DPKQDFMRFamide similar to the control larvae. Heat shock treatment potentiated the response to DPKQDFMRFamide in both ala1 and control flies by approximately 150 and 100 % from a non heat-shocked larvae, respectively. Furthermore, a CaMKII inhibitor, KN-93, did not affect the ability of peptide to increase muscle tonus. Thus, al though DPKQDFMRFamide acts through a G-protein coupled FMRFamide receptor, it does not appear to act via cAMP, cGMP, IP3, PLC or CaMKl1. The mechanism through which the FMRFamide receptor acts remains to be determined.

Mode of action of a Drosophila FMRFamide in inducing muscle contraction

Drosophila melanogaster is a model system for examining the mechanisms of action of neuropeptides. DPKQDFMRFamide was previously shown to induce contractions in Drosophila body wall muscle fibres in a Ca(2+)-dependent manner. The present study examined the possible involvement of a G-protein-coupled receptor and second messengers in mediating this myotropic effect after removal of the central nervous system. DPKQDFMRFamide-induced contractions were reduced by 70% and 90%, respectively, in larvae with reduced expression of the Drosophila Fmrf receptor (FR) either ubiquitously or specifically in muscle tissue, compared with the response in control larvae in which expression was not manipulated. No such effect occurred in larvae with reduced expression of this gene only in neurons. The myogenic effects of DPKQDFMRFamide do not appear to be mediated through either of the two Drosophila myosuppressin receptors (DmsR-1 and DmsR-2). DPKQDFMRFamide-induced contractions were not reduced in Ala1 transgenic flies lacking activity of calcium/calmodulin-dependent protein kinase (CamKII), and were not affected by the CaMKII inhibitor KN-93. Peptide-induced contractions in the mutants of the phospholipase C-β (PLCβ) gene (norpA larvae) and in IP3 receptor mutants were similar to contractions elicited in control larvae. The peptide failed to increase cAMP and cGMP levels in Drosophila body wall muscles. Peptide-induced contractions were not potentiated by 3-isobutyl-1-methylxanthine, a phosphodiesterase inhibitor, and were not antagonized by inhibitors of cAMP-dependent or cGMP-dependent protein kinases. Additionally, exogenous application of arachidonic acid failed to induce myogenic contractions. Thus, DPKQDFMRFamide induces contractions via a G-protein coupled FMRFamide receptor in muscle cells but does not appear to act via cAMP, cGMP, IP3, PLC, CaMKII or arachidonic acid.

Régulation de l'activité transcriptionnelle de PPARgamma via l'activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a : potentiel anti-athérosclérotique

Les sécrétines peptidiques de l’hormone de croissance (GHRPs) constituent une classe de peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance (GH). Cette activité est médiée par leur liaison à un récepteur couplé aux protéines G : le récepteur des sécrétines de l’hormone de croissance (GHS-R1a), identifié subséquemment comme le récepteur de la ghréline. La ghréline est un peptide de 28 acides aminés sécrété principalement par les cellules de la muqueuse de l’estomac, qui exerce de nombreux effets périphériques indépendamment de la sécrétion de l’hormone de croissance. Les effets indépendants de la sécrétion de GH incluent, entre autres, des actions sur le contrôle de la prise de nourriture, le métabolisme énergétique, la fonction cardiaque, le système immunitaire et la prolifération cellulaire. L’étude de la distribution périphérique des sites de liaison des GHRPs nous a permis d’identifier un second site, le CD36, un récepteur scavenger exprimé dans plusieurs tissus dont le myocarde, l’endothélium de la microvasculature et les monocytes/macrophages. Le CD36 exprimé à la surface du macrophage joue un rôle clé dans l’initiation du développement de l’athérosclérose par la liaison et l’internalisation des lipoprotéines de faible densité oxydées (LDLox) dans l’espace sous-endothélial de l’artère. L’hexaréline, un analogue GHRP, a été développé comme agent thérapeutique pour stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance par l’hypophyse. Sa propriété de liaison aux récepteurs GHS-R1a et CD36 situés en périphérie et particulièrement sa capacité d’interférer avec la liaison des LDLox par le CD36 nous ont incité à évaluer la capacité de l’hexaréline à moduler le métabolisme lipidique du macrophage. L’objectif principal de ce projet a été de déterminer les effets de l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a, par l’hexaréline et la ghréline, le ligand endogène du GHS-R1a, sur la physiologie du macrophage et de déterminer son potentiel anti-athérosclérotique. Les résultats montrent premièrement que l’hexaréline et la ghréline augmentent l’expression des transporteurs ABCA1 et ABCG1, impliqués dans le transport inverse du cholestérol, via un mécanisme contrôlé par le récepteur nucléaire PPARγ. La régulation de l’activité transcriptionnelle de PPARγ par l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a se fait indépendamment de la présence du domaine de liaison du ligand (LBD) de PPARγ et est conséquente de changements dans l’état de phosphorylation de PPARγ. Une étude plus approfondie de la signalisation résultant de la liaison de la ghréline sur le GHS-R1a révèle que PPARγ est activé par un mécanisme de concertation entre les voies de signalisation Gαq/PI3-K/Akt et Fyn/Dok-1/ERK au niveau du macrophage. Le rôle de PPARγ dans la régulation du métabolisme lipidique par l’hexaréline a été démontré par l’utilisation de macrophages de souris hétérozygotes pour le gène de Ppar gamma, qui présentent une forte diminution de l’activation des gènes de la cascade métabolique PPARγ-LXRα-transporteurs ABC en réponse à l’hexaréline. L’injection quotidienne d’hexaréline à un modèle de souris prédisposées au développement de l’athérosclérose, les souris déficientes en apoE sous une diète riche en cholestérol et en lipides, se traduit également en une diminution significative de la présence de lésions athérosclérotiques correspondant à une augmentation de l’expression des gènes cibles de PPARγ et LXRα dans les macrophages péritonéaux provenant des animaux traités à l’hexaréline. L’ensemble des résultats obtenus dans cette thèse identifie certains nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de PPARγ et du métabolisme du cholestérol dans le macrophage via les récepteurs CD36 et GHS-R1a. Ils pourraient servir de cibles thérapeutiques dans une perspective de traitement des maladies cardiovasculaires.

Structure quaternaire des récepteurs de chimiokines CXCR4 et CCR2 et interaction avec leurs effecteurs

Thèse réalisée en cotutelle avec l'université Montpellier2 dans le laboratoire de pharmacologie moléculaire de Jean-Philippe Pin à l'institut de génomique fonctionnelle (IGF), Montpellier, France.

Functional Analysis of Nuclear beta-Adrenergic Receptors in the Myocardium

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.

Étude des déterminants moléculaires de la signalisation des récepteurs couplés aux protéines G et développement d'outils pour l'étude de l'effecteur bêta-arrestine.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) constituent la plus grande famille de protéines membranaires du génome humain. Ils transmettent les signaux extracellulaires provenant de plusieurs stimuli comme les odeurs, les ions, les hormones et les neurotransmetteurs, à l'intérieur des cellules. En se liant aux RCPGs, ces molécules contribuent à la stabilisation des changements conformationnels activateurs qui se propagent jusqu'au domaine intracellulaire des récepteurs. Ces derniers engagent ensuite un ou plusieurs effecteurs, comme les protéines G hétérotrimériques et les β-arrestines (βarrs), qui activent une cascade d'événements moléculaires menant à la réponse cellulaire.Récemment, la publication de structures cristallines de RCPGs liant des ligands diffusibles a offert une opportunité de raffiner à une résolution atomique les modèles des mécanismes de transduction des signaux. Dans la première partie de cette thèse, nous avons donc exploré les déterminants de la signalisation du récepteur prototypique β2-adrénergique (β2AR), induite par les β-bloqueurs. En ne tenant compte que de leur efficacités sur le β2AR dans les voies de l'adénylate cyclase (AC) et des protéines kinases activées par les facteurs mitogéniques (MAPK), les β-bloqueurs peuvent être classés en 3 groupes distincts (agoniste inverse AC / agoniste MAPK, antagoniste neutre AC / agoniste MAPK et agoniste inverse AC / agoniste inverse MAPK). Afin de déterminer le lien entre leur efficacité et leur mode de liaison, nous avons réalisé des expériences d'arrimages moléculaires in silico entre des β-bloqueurs de chacun des groupes et la structure cristalline du β2AR liée au carazolol. De manière intéressante, les ligands à l'intérieur d'un groupe partagent un mode de liaison, alors que ceux des ligands entre les groupes divergent, suggérant que le mode de liaison des β-bloqueurs pourrait être utilisé pour prédire leur l'efficacité. En accord avec cette hypothèse, nous avons prédit et confirmé l'efficacité agoniste MAPK du carazolol, un inverse agoniste AC du β2AR se liant au récepteur de manière similaire au groupe inverse agoniste AC / agoniste MAPK. De manière intéressante, le groupement aryl des ligands agonistes inverses agonistes AC / agoniste MAPK, le seul groupement chimique variable de ce groupe, est prédite pour lier la région des 3e et 5e hélices transmembranaires (TM3 et TM5). Nous avons donc émis l'hypothèse que cette région pourrait être un déterminant de l'efficacité de ces ligands. En accord avec cette dernière, la mutation de 2 résidus (T118I, S203A) localisés proches du site de liaison des groupements aryls des β-bloqueurs, prévient l'efficacité agoniste inverse de l'ICI-118551 sur la voie de l'AC sans affecter l'efficacité d'un agoniste, indiquant que cette région est importante pour la transmission de l'effet agoniste inverse, du moins sur la voie de l'AC. Les βarrs sont des protéines d'échafaudage qui coordonnent la formation de complexes avec plusieurs dizaines d'effecteurs de signalisation. Originalement identifiées pour leur rôle dans la désensibilisation et l'internalisation des RCPGs, elles sont aussi d'importants effecteurs de la signalisation des RCPGs indépendante des protéines G hétérotrimériques. Cependant, contrairement aux protéines G hétérotrimériques, il n'existe que peu d'outils pour les étudier. Ainsi, la deuxième partie de la thèse est dédiée au développement d'outils pour l'étude des βarrs. À cette fin, nous avons d'abord tenté de transposer une méthode de mesure de l'interaction entre 2 protéines par la technologie de transfert d'énergie de bioluminescence par résonance (BRET) en microscopie et chez des souris transgéniques afin de mesurer de manière subcellulaire et dans un contexte natif l'engagement de la βarr à des RCPGs. Ainsi, nous avons établi les preuves de principe que le BRET peut être utilisé pour localiser l'interaction entre la βarr et le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) sur une cellule au microscope et pour détecter l'interaction entre la βarr et le β2AR sur des tissus de souris transgéniques exprimant ces protéines fusionnées avec des partenaires BRET. Finalement, il n'existe aucun inhibiteur pharmacologique ciblant les βarrs. Ainsi, grâce à la combinaison d'approches de criblage virtuel sur un modèle de la structure des βarrs et d'essais de validation cellulaire, nous avons développé un inhibiteur pharmacologique des βarrs. À l'aide de cet outil, nous avons confirmé l'implication des βarrs dans l'activation des MAPK par le V2R, mais aussi montré un nouveau rôle des βarrs dans le recyclage du β2AR. Les connaissances et outils développés dans cette thèse permettront de mieux comprendre les déterminants moléculaires de la signalisation des RCPGs et entre autres, grâce à des nouvelles approches pour étudier le rôle cellulaire et physiologique des βarrs.

Voies de signalisation non-canoniques du récepteur V2 de la vasopressine

Le récepteur V2 (V2R) de la vasopressine est un récepteur couplé aux protéines G (RCPG), jouant un rôle fondamental dans le maintien de l’homéostasie hydrosodique. À l’instar de nombreux RCPGs, il est capable d’interagir avec plusieurs types de protéines G hétérotrimériques et possède des voies de signalisation peu explorées aux mécanismes mal compris. Ces voies non canoniques font l’objet des travaux exposés dans ce mémoire. Il s’agit d’explorer les caractéristiques et mécanismes de la signalisation de V2R via G12, et de la voie d’activation d’ERK 1/2 par transactivation du récepteur de l’insulin-like growth factor 1, IGF1R. Par des études de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), nous exposons la capacité de V2R à interagir avec la sous-unité Gα12 ainsi que la modulation de la conformation de l’hétérotrimère G12 par l’agoniste de V2R, l’arginine-vasopressine. Ces travaux dévoilent également la modulation de l’interaction entre Gα12 et son effecteur classique RhoA, suggérant un engagement de RhoA, ainsi que la potentialisation via Gα12 de la production d’AMP cyclique. À l’aide de diverses méthodes d’inhibition sélective, nos résultats précisent les mécanismes de la transactivation. Ils supportent notamment le rôle initiateur de l’activation de Src par V2R et l’absence d’implication des ligands connus d’IGF1R dans la transactivation. La métalloprotéase MMP 3 apparaît par ailleurs comme un bon candidat pour réguler la transactivation. Ce projet met en lumière des modes de signalisation peu explorés de V2R, dont l’implication physiologique et physiopathologique pourrait s’avérer significative, au-delà d’un apport fondamental dans la compréhension de la signalisation des RCPGs.

The chemokine receptor, CCR5

The chemokine receptor, CCR5, is a G protein coupled receptor responsible for some of the effects of the chemokines CCL3, CCL4 and CCL5. It is also one of the co-receptors for the entry of human immunodeficiency virus-1 (HIV-1) into cells. Regulation of CCR5 number on cells is, therefore, important for determining the infection rate by HIV-1. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Inhibition of synaptic transmission and G protein modulation by synthetic CaV2.2 Ca2+ channel peptides

Abstract: Modulation of presynaptic voltage-dependent Ca+ channels is a major means of controlling neurotransmitter release. The CaV 2.2 Ca2+ channel subunit contains several inhibitory interaction sites for Gβγ subunits, including the amino terminal (NT) and I–II loop. The NT and I–II loop have also been proposed to undergo a G protein-gated inhibitory interaction, whilst the NT itself has also been proposed to suppress CaV 2 channel activity. Here, we investigate the effects of an amino terminal (CaV 2.2[45–55]) ‘NT peptide’ and a I–II loop alpha interaction domain (CaV 2.2[377–393]) ‘AID peptide’ on synaptic transmission, Ca2+ channel activity and G protein modulation in superior cervical ganglion neurones (SCGNs). Presynaptic injection of NT or AID peptide into SCGN synapses inhibited synaptic transmission and also attenuated noradrenaline-induced G protein modulation. In isolated SCGNs, NT and AID peptides reduced whole-cell Ca2+ current amplitude, modified voltage dependence of Ca2+ channel activation and attenuated noradrenaline-induced G protein modulation. Co-application of NT and AID peptide negated inhibitory actions. Together, these data favour direct peptide interaction with presynaptic Ca2+ channels, with effects on current amplitude and gating representing likely mechanisms responsible for inhibition of synaptic transmission. Mutations to residues reported as determinants of Ca2+ channel function within the NT peptide negated inhibitory effects on synaptic transmission, Ca2+ current amplitude and gating and G protein modulation. A mutation within the proposed QXXER motif for G protein modulation did not abolish inhibitory effects of the AID peptide. This study suggests that the CaV 2.2 amino terminal and I–II loop contribute molecular determinants for Ca2+ channel function; the data favour a direct interaction of peptides with Ca2+ channels to inhibit synaptic transmission and attenuate G protein modulation. Non-technical summary: Nerve cells (neurones) in the body communicate with each other by releasing chemicals (neurotransmitters) which act on proteins called receptors. An important group of receptors (called G protein coupled receptors, GPCRs) regulate the release of neurotransmitters by an action on the ion channels that let calcium into the cell. Here, we show for the first time that small peptides based on specific regions of calcium ion channels involved in GPCR signalling can themselves inhibit nerve cell communication. We show that these peptides act directly on calcium channels to make them more difficult to open and thus reduce calcium influx into native neurones. These peptides also reduce GPCR-mediated signalling. This work is important in increasing our knowledge about modulation of the calcium ion channel protein; such knowledge may help in the development of drugs to prevent signalling in pathways such as those involved in pain perception.

Regulation of platelet biology by platelet endothelial cell adhesion molecule-1.

Platelet endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-1), an immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif containing receptor, plays diverse and apparently contradictory roles in regulating the response of platelets to stimuli; inhibiting platelet response to immunoreceptor tyrosine-based activation motif and G protein-coupled receptor signalling following stimulation with collagen, adenosine diphosphate, and thrombin, as well as enhancing integrin outside-in signalling. These dual, and opposing, roles suggest an important and complex role for PECAM-1 in orchestrating platelet response to vascular damage. Indeed, during thrombus formation, the influence of PECAM-1 on the multiple signalling pathways combines leading to a relatively large inhibitory effect on thrombus formation.

Characterization of Grb2-binding proteins in human platelets activated by Fc gamma RIIA cross-linking.

Glutathione-S-transferase (GST)-Grb2 fusion proteins have been used to identify the potential role of Grb2-binding proteins in platelet activation by the platelet low-affinity IgG receptor, Fc gamma RIIA. Two tyrosine phosphoproteins of 38 and 63 kD bind to the SH2 domain of Grb2 following Fc gamma RIIA stimulation of platelets. Both are located in the particulate fraction following platelet activation and are also able to bind to a GST-construct containing the SH2 and SH3 domains of phospholipase C gamma 1. p38 also forms a complex with the tyrosine kinase csk in stimulated cells and is a substrate for the kinase. The SH3 domains of Grb2 form a stable complex with SOS1 and two proteins of 75 kD and 120 kD, which undergo tyrosine phosphorylation in Fc gamma RIIA stimulated cells. The 75-kD protein is recognized by antibodies to SLP-76, which has recently been isolated from T cells and sequenced. Tyrosine phosphorylation of p38 and p63 is also observed in platelets stimulated by the tyrosine kinase-linked receptor agonist collagen and by the G protein-coupled receptor agonist thrombin, although phosphorylation of SLP-76 is only observed in collagen-stimulated platelets. p38 and p63 may provide a docking site for Grb2, thereby linking Grb2 SH3-binding proteins SOS1, SLP-76, and p120 to downstream signalling events.