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.

Caractérisation des processus moléculaires impliqués dans l’activation de la protéine IKKbeta par l'angiotensine II et son rôle dans la réponse phénotypique des CMLV.

Le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) régule l’homéostasie de la contraction des artères. Or, suivant la liaison de l’angiotensine II (Ang II) à son récepteur AT1, le SRAA est également impliqué dans l’activation de voies de signalisation à l’origine de l’inflammation et de l’hypertrophie des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), soit deux processus participant au remodelage vasculaire caractéristique de diverses maladies cardiovasculaires, telles l’hypertension et l’athérosclérose. Ces pathologies sont les premières causes de mortalité naturelle en Amérique et les traitements les ciblant ne sont pas optimaux puisqu’ils visent seulement quelques facteurs de risque qui leur sont associés. Ainsi, la détermination des effecteurs intracellulaires régulant ces voies délétères est nécessaire à l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. L’inflammation Ang II-dépendante dans les CMLV est attribuée au facteur de transcription nuclear factor-kappa B (NF-κB). Cependant, les processus moléculaires couplant le récepteur AT1 à son activation sont peu caractérisés. L’étude abordant cette question démontre in vitro que NF-κB est activé par la protéine IκB kinase β (IKKβ) dans les CMLV exposées à l’Ang II et que cette kinase est régulée par deux voies de signalisation indépendantes, mais complémentaires afin d’assurer son activation rigoureuse et soutenue. L’une des voies est précoce et dépend des seconds messagers ainsi que de deux nouveaux effecteurs sous-jacents au récepteur AT1, soit la E3 ligase TNF receptor-associated factor 6 (TRAF6) et la IKK kinase transforming growth factor-beta-activated kinase 1 (TAK1) tandis que la seconde est tardive et résulte de la signalisation mitogen-activated protein kinase kinase 1/2 (MEK1/2) - extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) - ribosomal S6 kinase (RSK). L’inhibition conjointe de ces voies abroge complètement la réponse inflammatoire, ce qui indique qu’elles en sont la seule source. Ainsi, l’inhibition d’IKKβ pourrait suffire à contrer l’inflammation impliquée dans le remodelage vasculaire associé à une suractivation du SRAA. Une découverte des plus novatrices découle de cette étude, qui veut que la E3 ligase TRAF6 est un nouvel effecteur des récepteurs couplés aux protéines G et est à l’origine de la formation d’un nouveau type de second messager, soit des chaînes libres de poly-ubiquitines. Les mécanismes moléculaires à la base de l’hypertrophie Ang II-dépendante dans les CMLV sont également peu définis. Or, suivant la parution d’un article démontrant qu’IKKβ dans les cellules cancéreuses participe aux mécanismes d’initiation de la traduction en réponse au facteur de nécrose tumorale α (TNFα) via la phosphorylation de la protéine Tuberous sclerosis 1 (TSC1) et donc l’activation du complexe mammalian target of rapamycin (mTORC1), une hypothèse a été émise selon laquelle cette kinase serait impliquée dans la synthèse protéique Ang II-dépendante dans les CMLV. Les expériences effectuées in vitro dans des CMLV exposées à l’Ang II démontrent qu’IKKβ induit la phosphorylation de TSC1 ainsi que l’activation de mTORC1 et de ses substrats S6 kinase 1 (S6K1) et translational regulators eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein (4E-BP1), deux protéines impliquées directement dans l’hypertrophie. Par ailleurs, la synthèse protéique au niveau des CMLV exposées à l’Ang II est réduite de 75% suivant la diminution de l’expression d’IKKβ et suivant la surexpression d’un mutant de TSC1 dont le site consensus d’IKKβ a été modifié, faisant de cette kinase un médiateur majeur au niveau de ce processus. Ainsi, in vitro IKKβ en réponse à l’Ang II est en amont de deux processus impliqués dans un remodelage vasculaire à l’origine de maladies cardiovasculaires. De plus, plusieurs facteurs de risque de ces pathologies convergent à l’activation d’IKKβ, ce qui en fait une cible thérapeutique particulièrement attrayante. Qui plus est, l’administration d’un inhibiteur d’IKKβ à des rats diminue non seulement la synthèse protéique dépendante de l’Ang II au niveau de l’aorte et des artères mésentériques, mais également la synthèse de la protéine pro-inflammatoire VCAM-1 par les cellules composant l’aorte, ce qui confirme son envergure en tant que cible.

CXCR3 biased signaling, heteromerization and decoy properties

Le récepteur de chimiokine CXCR3 est un récepteur couplé à la protéine G (RCPG) exprimé, entre autre, sur les cellules T activées lors d’une réponse immune. CXCR3 est activé par trois ligands inductibles par l’interféron-γ (CXCL9, 10, 11) et, plus récemment, il a été découvert que CXCL4 liait CXCR3. Nous savons que CXCR3 joue un rôle dans la chimiotaxie des leucocytes, mais peu d’attention a été portée sur la signalisation biaisée induite par ces quatre ligands. Alors que l’homodimérisation entre récepteurs de chimiokine est un concept grandement observé, l’hétéromérisation entre deux récepteurs reste un domaine de recherche active. La signalisation biaisée et l’hétéromérisation ont été testées grâce à la technique de bioluminescene resonance energy transfer (BRET) dans des cellules HEK293E. Nous présentons une caractérisation pharmacologique des quatre ligands de CXCR3 et démontrons l’hétéromérisation de CXCR3 avec CXCR4 et avec CXCR7. Nos résultats suggèrent que les ligands de CXCR3 n’agissent pas de manière redondante.

Le rôle du récepteur B1 des kinines dans l'insulite et dans les complications du diabète de type 1 dans un modèle de choc spectique

Les kinines sont des peptides vasoactifs et des neuromédiateurs centraux impliqués dans le contrôle cardiovasculaire, la douleur et l’inflammation. Leurs actions sont relayées par deux types de récepteurs couplés aux protéines G : le récepteur B2 (RB2), constitutif, et le récepteur B1 (RB1), inductible en présence de lésions tissulaires, de cytokines pro-inflammatoires, d’endotoxines bactériennes et dans certaines pathologies tel que le diabète. Le diabète sucré augmente à l’échelle mondiale et son étiologie est complexe; il aggrave les infections sévères et augmente la mortalité par hyperbactériémie résistante à un contrôle thérapeutique et une prise en charge en soins intensifs. Les décès surviennent dans la grande majorité des cas à la suite de l'apparition d'une coagulation intra- vasculaire disséminée (CIVD). Ce projet a pour but d’étudier le rôle du RB1 dans la CIVD dans un modèle de diabète de type 1 induit par la streptozotocine (STZ) (Article 1) et dans l’insulite (Article 2). La CIVD est produite par l’injection de lipopolysaccharide (LPS, 2 mg/kg, i.p.), 4 jours après le traitement à la STZ (65 mg/kg, i.p.). Dans le premier article, nous avons montré une augmentation significative de l'œdème et de la perméabilité vasculaire par le bleu d’Évans dans le rein, le poumon, le coeur et le foie chez les rats traités au LPS et/ou à la STZ, une situation qui favorise une hémoconcentration et le développement d'un état d'hypercoagulabilité. Nous avons aussi montré la présence d'indices de thrombus et de lésions tissulaires dans l'étude histologique ainsi qu’une augmentation de l'expression du RB1 dans le coeur, le rein et les plaquettes sanguines. Un traitement avec l’antagoniste du RB1, le SSR240612, a corrigé l’apparition de ces anomalies et a rendu normale la glycémie chez les rats STZ et l’hyperthermie induite par le LPS. De même, le SSR240612 a nettement amélioré la survie des animaux. Les bénéfices du SSR240612 ont été reproduits par l’inhibition de la iNOS avec le 1400W et de la COX-2 avec l’acide niflumique, suggérant que les médiateurs de ces enzymes pro-inflammatoires agissent en aval du RB1.Dans le deuxième article, le rat STZ est traité du jour 4 au jour 7 avec le SSR240612 (10 mg/kg/jr per os). Cet antagoniste du RB1 bloque l’infiltration du pancréas par les macrophages et les lymphocytes TCD4+ qui sont porteurs du RB1. L’antagoniste prévient aussi l’augmentation de l’expression de la iNOS, du TNF-α, du RB1 et du TRPV1 dans le pancréas des rats diabétiques. Le traitement avec l’antagoniste du RB1 a limité la perte des cellules β des îlots de Langerhans et a corrigé l’hypoinsulinémie et l’hyperglycémie. Ces deux études mettent en lumière un rôle important du RB1 dans la létalité associée au choc septique, à la thrombose et à l’insulite. Par conséquent, le RB1 représente une cible thérapeutique prometteuse dans le traitement du diabète et de ses complications.

Mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans le développement des synapses GABAergiques périsomatiques et dans la plasticité corticale : rôle de l’activité neuronale et de proBDNF/p75NTR

Dans le cortex visuel des mammifères, une cellule à panier (BC) qui représente un sous-type majoritaire d’interneurones GABAergiques, innerve une centaine de neurones par une multitude de synapses localisées sur le soma et sur les dendrites proximales de chacune de ses cibles. De plus, ces cellules sont importantes pour la génération des rythmes gammas, qui régulent de nombreuses fonctions cognitives, et pour la régulation de la plasticité corticale. Bien que la fonction des BC au sein des réseaux corticaux est à l'étude, les mécanismes qui contrôlent le développement de leur arborisation complexe ainsi que de leurs nombreux contacts synaptiques n’ont pas été entièrement déterminés. En utilisant les récepteurs allatostatines couplés aux protéines G de la drosophile (AlstR), nous démontrons in vitro que la réduction de l'excitation ainsi que la réduction de la libération des neurotransmetteurs par les BCs corticales individuelles des souris, diminuent le nombre de cellules innervées sans modifier le patron d'innervation périsomatique, durant et après la phase de prolifération des synapses périsomatiques. Inversement, lors de la suppression complète de la libération des neurotransmetteurs par les BCs individuelles avec l’utilisation de la chaîne légère de la toxine tétanus, nous observons des effets contraires selon le stade de développement. Les BCs exprimant TeNT-Lc pendant la phase de prolifération sont caractérisées par des arborisations axonales plus denses et un nombre accru de petits boutons homogènes autour des somas innervés. Toutefois, les cellules transfectées avec TeNT-Lc après la phase de la prolifération forment une innervation périsomatique avec moins de branchements terminaux d’axones et un nombre réduit de boutons avec une taille irrégulière autour des somas innervés. Nos résultats révèlent le rôle spécifique des niveaux de l’activité neuronale et de la neurotransmission dans l'établissement du territoire synaptique des cellules GABAergiques corticaux. Le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) est un modulateur puissant de la maturation activité-dépendante des synapses GABAergiques. Grâce à l'activation et à la signalisation de son récepteur tyrosine kinase B (TrkB), la liaison de mBDNF module fortement la prolifération des synapses périsomatiques GABAergiques formés par les BCs. Par contre, le rôle du récepteur neurotrophique de faible affinité, p75NTR, dans le développement du territoire synaptique des cellules reste encore inconnu. Dans ce projet, nous démontrons que la suppression de p75NTR au niveau des BCs individuelles in vitro provenant de souris p75NTRlox induit la formation d'une innervation périsomatique exubérante. BDNF est synthétisé sous une forme précurseur, proBDNF, qui est par la suite clivée par des enzymes, y compris la plasmine activée par tPA, pour produire une forme mature de BDNF (m)BDNF. mBDNF et proBDNF se lient avec une forte affinité à TrkB et p75NTR, respectivement. Nos résultats démontrent qu’un traitement des cultures organotypiques avec la forme résistante au clivage de proBDNF (mut-proBDNF) réduit fortement le territoire synaptique des BCs. Les cultures traitées avec le peptide PPACK, qui inactive tPA, ou avec tPA altèrent et favorisent respectivement la maturation de l’innervation synaptique des BCs. Nous démontrons aussi que l’innervation exubérante formée par les BCs p75NTR-/- n’est pas affectée par un traitement avec mut-proBDNF. L’ensemble de ces résultats suggère que l'activation de p75NTR via proBDNF régule négativement le territoire synaptique des BCs corticaux. Nous avons ensuite examiné si mut-proBDNF affecte l’innervation périsomatique formée par les BCs in vivo, chez la souris adulte. Nous avons constaté que les boutons GABAergiques périsomatiques sont significativement diminués dans le cortex infusé avec mut-proBDNF par rapport à l’hémisphère non-infusé ou traité avec de la saline. En outre, la plasticité de la dominance oculaire (OD) est rétablie par ce traitement chez la souris adulte. Enfin, en utilisant des souris qui ne possèdent pas le récepteur p75NTR dans leurs BCs spécifiquement, nous avons démontré que l'activation de p75NTR via proBDNF est nécessaire pour induire la plasticité de la OD chez les souris adultes. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle critique de l'activation de p75NTR dans la régulation et le maintien de la connectivité des circuits GABAergiques, qui commencent lors du développement postnatal précoce jusqu’à l'âge adulte. De plus, nous suggérons que l'activation contrôlée de p75NTR pourrait être un outil utile pour restaurer la plasticité dans le cortex adulte.

Domain swapping in the human histamine H-1 receptor

G-protein-coupled receptors (GPCRs) represent the largest family of receptors involved in transmembrane signaling. Although these receptors were generally believed to be monomeric entities, accumulating evidence supports the presence of GPCRs in multimeric forms. Here, using immunoprecipitation as well as time-resolved fluorescence resonance energy transfer to assess protein-protein interactions in living cells, we unambiguously demonstrate the occurrence of dimerization of the human histamine H-1 receptor. We also show the presence of domain-swapped H-1 receptor dimers in which there is the reciprocal exchange of transmembrane domain TM domains 6 and 7 between the receptors present in the dimer. Mutation of aspartate(107) in transmembrane (TM) 3 or phenylalanine(432) in TM6 to alanine results in two radioligand-binding-deficient mutant H-1 receptors. Coexpression of H-1 D(107)A and H-1 F(432)A, however, results in a reconstituted radioligand binding site that exhibits a pharmacological profile that corresponds to the wildtype H-1 receptor. Interestingly, the H-1 receptor radioligands [H-3] mepyramine and [H-3]-(-)- trans-1-phenyl-3-N, N-dimethylamino-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene show differential saturation binding values (B-max) for wild-type H-1 receptors but not for the radioligand binding site that is formed upon coexpression of H-1 D(107)A and H-1 F(432)A receptors, suggesting the presence of different H-1 receptor populations.

Large-scale functional expression of WT and truncated human adenosine A(2A) receptor in Pichia pastoris bioreactor cultures

Background: The large-scale production of G-protein coupled receptors (GPCRs) for functional and structural studies remains a challenge. Recent successes have been made in the expression of a range of GPCRs using Pichia pastoris as an expression host. P. pastoris has a number of advantages over other expression systems including ability to post-translationally modify expressed proteins, relative low cost for production and ability to grow to very high cell densities. Several previous studies have described the expression of GPCRs in P. pastoris using shaker flasks, which allow culturing of small volumes (500 ml) with moderate cell densities (OD600 similar to 15). The use of bioreactors, which allow straightforward culturing of large volumes, together with optimal control of growth parameters including pH and dissolved oxygen to maximise cell densities and expression of the target receptors, are an attractive alternative. The aim of this study was to compare the levels of expression of the human Adenosine 2A receptor (A(2A)R) in P. pastoris under control of a methanol-inducible promoter in both flask and bioreactor cultures. Results: Bioreactor cultures yielded an approximately five times increase in cell density (OD600 similar to 75) compared to flask cultures prior to induction and a doubling in functional expression level per mg of membrane protein, representing a significant optimisation. Furthermore, analysis of a C-terminally truncated A2AR, terminating at residue V334 yielded the highest levels (200 pmol/mg) so far reported for expression of this receptor in P. pastoris. This truncated form of the receptor was also revealed to be resistant to C-terminal degradation in contrast to the WT A(2A)R, and therefore more suitable for further functional and structural studies. Conclusion: Large-scale expression of the A(2A)R in P. pastoris bioreactor cultures results in significant increases in functional expression compared to traditional flask cultures.

Modelling the interdependence between the stoichiometry of receptor oligomerization and ligand binding for a coexisting dimer/tetramer receptor system

Many G protein-coupled receptors have been shown to exist as oligomers, but the oligomerization state and the effects of this on receptor function are unclear. For some G protein-coupled receptors, in ligand binding assays, different radioligands provide different maximal binding capacities. Here we have developed mathematical models for co-expressed dimeric and tetrameric species of receptors. We have considered models where the dimers and tetramers are in equilibrium and where they do not interconvert and we have also considered the potential influence of the ligands on the degree of oligomerization. By analogy with agonist efficacy, we have considered ligands that promote, inhibit or have no effect on oligomerization. Cell surface receptor expression and the intrinsic capacity of receptors to oligomerize are quantitative parameters of the equations. The models can account for differences in the maximal binding capacities of radioligands in different preparations of receptors and provide a conceptual framework for simulation and data fitting in complex oligomeric receptor situations.

Dual role of the beta(2)-adrenergic receptor C terminus for the binding of beta-arrestin and receptor internalization

Homologous desensitization of beta(2)-adrenergic and other G-protein-coupled receptors is a two-step process. After phosphorylation of agonist-occupied receptors by G-protein-coupled receptor kinases, they bind beta-arrestins, which triggers desensitization and internalization of the receptors. Because it is not known which regions of the receptor are recognized by beta-arrestins, we have investigated beta-arrestin interaction and internalization of a set of mutants of the human beta(2)-adrenergic receptor. Mutation of the four serine/threonine residues between residues 355 and 364 led to the loss of agonist-induced receptor-beta-arrestin2 interaction as revealed by fluorescence resonance energy transfer (FRET), translocation of beta-arrestin2 to the plasma membrane, and receptor internalization. Mutation of all seven serine/threonine residues distal to residue 381 did not affect agonist-induced receptor internalization and beta-arrestin2 translocation. A beta(2)-adrenergic receptor truncated distal to residue 381 interacted normally with beta-arrestin2, whereas its ability to internalize in an agonist-dependent manner was compromised. A similar impairment of internalization was observed when only the last eight residues of the C terminus were deleted. Our experiments show that the C terminus distal to residue 381 does not affect the initial interaction between receptor and beta-arrestin, but its last eight amino acids facilitate receptor internalization in concert with beta-arrestin2.

Endosomal endothelin-converting enzyme-1: a regulator of beta-arrestin-dependent ERK signaling

Neuropeptide signaling at the cell surface is regulated by metalloendopeptidases, which degrade peptides in the extracellular fluid, and beta-arrestins, which interact with G protein-coupled receptors (GPCRs) to mediate desensitization. beta-Arrestins also recruit GPCRs and mitogen-activated protein kinases to endosomes to allow internalized receptors to continue signaling, but the mechanisms regulating endosomal signaling are unknown. We report that endothelin-converting enzyme-1 (ECE-1) degrades substance P (SP) in early endosomes of epithelial cells and neurons to destabilize the endosomal mitogen-activated protein kinase signalosome and terminate signaling. ECE-1 inhibition caused endosomal retention of the SP neurokinin 1 receptor, beta-arrestins, and Src, resulting in markedly sustained ERK2 activation in the cytosol and nucleus, whereas ECE-1 overexpression attenuated ERK2 activation. ECE-1 inhibition also enhanced SP-induced expression and phosphorylation of the nuclear death receptor Nur77, resulting in cell death. Thus, endosomal ECE-1 attenuates ERK2-mediated SP signaling in the nucleus to prevent cell death. We propose that agonist availability in endosomes, here regulated by ECE-1, controls beta-arrestin-dependent signaling of endocytosed GPCRs.

Endothelin-converting enzyme 1 degrades neuropeptides in endosomes to control receptor recycling

Neuropeptide signaling requires the presence of G protein-coupled receptors (GPCRs) at the cell surface. Activated GPCRs interact with beta-arrestins, which mediate receptor desensitization, endocytosis, and mitogenic signaling, and the peptide-receptor-arrestin complex is sequestered into endosomes. Although dissociation of beta-arrestins is required for receptor recycling and resensitization, the critical event that initiates this process is unknown. Here we report that the agonist availability in the endosomes, controlled by the membrane metalloendopeptidase endothelin-converting enzyme 1 (ECE-1), determines stability of the peptide-receptor-arrestin complex and regulates receptor recycling and resensitization. Substance P (SP) binding to the tachykinin neurokinin 1 receptor (NK1R) induced membrane translocation of beta-arrestins followed by trafficking of the SP-NK1R-beta-arrestin complex to early endosomes containing ECE-1a-d. ECE-1 degraded SP in acidified endosomes, disrupting the complex; beta-arrestins returned to the cytosol, and the NK1R, freed from beta-arrestins, recycled and resensitized. An ECE-1 inhibitor, by preventing NK1R recycling in endothelial cells, inhibited resensitization of SP-induced inflammation. This mechanism is a general one because ECE-1 similarly regulated NK3R resensitization. Thus, peptide availability in endosomes, here regulated by ECE-1, determines the stability of the peptide-receptor-arrestin complex. This mechanism regulates receptor recycling, which is necessary for sustained signaling, and it may also control beta-arrestin-dependent mitogenic signaling of endocytosed receptors. We propose that other endosomal enzymes and transporters may similarly control the availability of transmitters in endosomes to regulate trafficking and signaling of GPCRs. Antagonism of these endosomal processes represents a strategy for inhibiting sustained signaling of receptors, and defects may explain the tachyphylaxis of drugs that are receptor agonists.

Ubiquitin-dependent down-regulation of the neurokinin-1 receptor

Transient stimulation with substance P (SP) induces endocytosis and recycling of the neurokinin-1 receptor (NK(1)R). The effects of sustained stimulation by high concentrations of SP on NK(1)R trafficking and Ca(2+) signaling, as may occur during chronic inflammation and pain, are unknown. Chronic exposure to SP (100 nm, 3 h) completely desensitized Ca(2+) signaling by wild-type NK(1)R (NK(1)Rwt). Resensitization occurred after 16 h, and cycloheximide prevented resensitization, implicating new receptor synthesis. Lysine ubiquitination of G-protein-coupled receptors is a signal for their trafficking and degradation. Lysine-deficient mutant receptors (NK(1)RDelta5K/R, C-terminal tail lysines; and NK(1)RDelta10K/R, all intracellular lysines) were expressed at the plasma membrane and were functional because they responded to SP by endocytosis and by mobilization of Ca(2+) ions. SP desensitized NK(1)Rwt, NK(1)RDelta5K/R, and NK(1)RDelta10K/R. However, NK(1)RDelta5K/R and NK(1)RDelta10K/R resensitized 4-8-fold faster than NK(1)Rwt by cycloheximide-independent mechanisms. NK(1)RDelta325 (a naturally occurring truncated variant) showed incomplete desensitization, followed by a marked sensitization of signaling. Upon labeling receptors in living cells using antibodies to extracellular epitopes, we observed that SP induced endocytosis of NK(1)Rwt, NK(1)RDelta5K/R, and NK(1)RDelta10K/R. After 4 h in SP-free medium, NK(1)RDelta5K/R and NK(1)RDelta10K/R recycled to the plasma membrane, whereas NK(1)Rwt remained internalized. SP induced ubiquitination of NK(1)Rwt and NK(1)RDelta5K/R as determined by immunoprecipitation under nondenaturing and denaturing conditions and detected with antibodies for mono- and polyubiquitin. NK(1)RDelta10K/R was not ubiquitinated. Whereas SP induced degradation of NK(1)Rwt, NK(1)RDelta5K/R and NK(1)RDelta10K/R showed approximately 50% diminished degradation. Thus, chronic stimulation with SP induces ubiquitination of the NK(1)R, which mediates its degradation and down-regulation.

Protease-activated receptor 2: activation, signalling and function

PARs (protease-activated receptors) are a family of four G-protein-coupled receptors for proteases from the circulation, inflammatory cells and epithelial tissues. This report focuses on PAR(2), which plays an important role in inflammation and pain. Pancreatic (trypsin I and II) and extrapancreatic (trypsin IV) trypsins, mast cell tryptase and coagulation factors VIIa and Xa cleave and activate PAR(2). Proteases cleave PAR(2) to expose a tethered ligand that binds to the cleaved receptor. Despite this irreversible activation, PAR(2) signalling is attenuated by beta-arrestin-mediated desensitization and endocytosis, and by lysosomal targeting and degradation, which requires ubiquitination of PAR(2). beta-Arrestins also act as scaffolds for the assembly of multi-protein signalling complexes that determine the location and function of activated mitogen-activated protein kinases. Observations of PAR(2)-deficient mice support a role for PAR(2) in inflammation, and many of the effects of PAR(2) activators promote inflammation. Inflammation is mediated in part by activation of PAR(2) in the peripheral nervous system, which results in neurogenic inflammation and hyperalgesia.

Genetic evidence for a predominant role of PI3Kβ catalytic activity in ITAM- and integrin-mediated signaling in platelets.

Phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) isoforms PI3Kbeta and PI3Kgamma are implicated in platelet adhesion, activation, and aggregation, but their relative contribution is still unclear or controversial. Here, we report the first comparative functional analysis of platelets from mice expressing a catalytically inactive form of PI3Kbeta or PI3Kgamma. We demonstrate that both isoforms were similarly required for maximal activation of the small GTPase Rap1b and for complete platelet aggregation upon stimulation of G protein-coupled receptors for adenosine 5'-diphosphate (ADP) or U46619. Their contribution to these events, however, was largely redundant and dispensable. However, PI3Kbeta, but not PI3Kgamma, enzymatic activity was absolutely required for Akt phosphorylation, Rap1 activation, and platelet aggregation downstream of the immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)-bearing receptor glycoprotein VI (GPVI). Moreover, PI3Kbeta was a major essential regulator of platelet adhesion to fibrinogen and of integrin alpha(IIb)beta(3)-mediated spreading. These results provide genetic evidence for a crucial and selective role of PI3Kbeta in signaling through GPVI and integrin alpha(IIb)beta(3).

Presence and bronchomotor activity of protease-activated receptor-2 in guinea pig airways

The protease activated receptor-2 (PAR-2) belongs to a family of G-protein-coupled receptors that are activated by proteolysis. Trypsin cleaves PAR-2, exposing an N-terminal tethered ligand (SLIGRL) that activates the receptor. Messenger RNA (mRNA) for PAR-2 was found in guinea pig airway tissue by reverse transcription-polymerase chain reaction, and PAR-2 was found by immunohistochemistry in airway epithelial and smooth-muscle cells. In anesthetized guinea pigs, trypsin and SLIGRL-NH(2) (given intratracheally or intravenously) caused a bronchoconstriction that was inhibited by the combination of tachykinin-NK(1) and -NK(2) receptor antagonists and was potentiated by inhibition of nitric oxide synthase (NOS). Trypsin and SLIGRL-NH(2) relaxed isolated trachea and main bronchi, and contracted intrapulmonary bronchi. Relaxation of main bronchi was abolished or reversed to contraction by removal of epithelium, administration of indomethacin, and NOS inhibition. PAR-1, PAR-3, and PAR-4 were not involved in the bronchomotor action of either trypsin or SLIGRL-NH(2), because ligands of these receptors were inactive either in vitro or in vivo, and because thrombin (a PAR-1 and PAR-3 agonist) did not show cross-desensitization with PAR-2 agonists in vivo. Thus, we have localized PAR-2 to the guinea-pig airways, and have shown that activation of PAR-2 causes multiple motor effects in these airways, including in vivo bronchoconstriction, which is in part mediated by a neural mechanism.