Early target cells of measles virus after aerosol infection of non-human primates

Measles virus (MV) is highly infectious, and has long been thought to enter the host by infecting epithelial cells of the respiratory tract. However, epithelial cells do not express signaling lymphocyte activation molecule (CD150), which is the high-affinity cellular receptor for wild-type MV strains. We have generated a new recombinant MV strain expressing enhanced green fluorescent protein (EGFP), based on a wild-type genotype B3 virus isolate from Khartoum, Sudan (KS). Cynomolgus macaques were infected with a high dose of rMV(KS)EGFP by aerosol inhalation to ensure that the virus could reach the full range of potential target cells throughout the entire respiratory tract. Animals were euthanized 2, 3, 4 or 5 days post-infection (d.p.i., n?=?3 per time point) and infected (EGFP(+)) cells were identified at all four time points, albeit at low levels 2 and 3 d.p.i. At these earliest time points, MV-infected cells were exclusively detected in the lungs by fluorescence microscopy, histopathology and/or virus isolation from broncho-alveolar lavage cells. On 2 d.p.i., EGFP(+) cells were phenotypically typed as large mononuclear cells present in the alveolar lumen or lining the alveolar epithelium. One to two days later, larger clusters of MV-infected cells were detected in bronchus-associated lymphoid tissue (BALT) and in the tracheo-bronchial lymph nodes. From 4 d.p.i. onward, MV-infected cells were detected in peripheral blood and various lymphoid tissues. In spite of the possibility for the aerosolized virus to infect cells and lymphoid tissues of the upper respiratory tract, MV-infected cells were not detected in either the tonsils or the adenoids until after onset of viremia. These data strongly suggest that in our model MV entered the host at the alveolar level by infecting macrophages or dendritic cells, which traffic the virus to BALT or regional lymph nodes, resulting in local amplification and subsequent systemic dissemination by viremia.

An expression vector containing a rhamnose-inducible promoter provides tightly regulated gene expression in Burkholderia cenocepacia

Infection of the respiratory tract caused by Burkholderia cepacia complex poses a serious risk for cystic fibrosis (CF) patients due to the high morbidity and mortality associated with the chronic infection and the lack of efficacious antimicrobial treatments. A detailed understanding of the pathogenicity of B. cepacia complex infections is hampered in part by the limited availability of genetic tools and the inherent resistance of these isolates to the most common antibiotics used for genetic selection. In this study, we report the construction of an expression vector which uses the rhamnose-regulated P(rhaB) promoter of Escherichia coli. The functionality of the vector was assessed by expressing the enhanced green fluorescent protein (eGFP) gene (e-gfp) and determining the levels of fluorescence emission. These experiments demonstrated that P(rhaB) is responsive to low concentrations of rhamnose and it can be effectively repressed with 0.2% glucose. We also demonstrate that the tight regulation of gene expression by P(rhaB) promoter allows us to extend the capabilities of this vector to the identification of essential genes.

Burkholderia cepacia complex isolates survive intracellularly without replication within acidic vacuoles of Acanthamoeba polyphaga

We have previously demonstrated that isolates of the Burkholderia cepacia complex can survive intracellularly in murine macrophages and in free-living Acanthamoeba. In this work, we show that the clinical isolates B. vietnamiensis strain CEP040 and B. cenocepacia H111 survived but did not replicate within vacuoles of A. polyphaga. B. cepacia-containing vacuoles accumulated the fluid phase marker Lysosensor Blue and displayed strong blue fluorescence, indicating that they had low pH. In contrast, the majority of intracellular bacteria within amoebae treated with the V-ATPse inhibitor bafilomycin A1 localized in vacuoles that did not fluoresce with Lysosensor Blue. Experiments using bacteria fluorescently labelled with chloromethylfluorescein diacetate demonstrated that intracellular bacteria remained viable for at least 24 h. In contrast, Escherichia coli did not survive within amoebae after 2 h post infection. Furthermore, intracellular B. vietnamiensis CEP040 retained green fluorescent protein within the bacterial cytoplasm, while this protein rapidly escaped from the cytosol of phagocytized heat-killed bacteria into the vacuolar lumen. Transmission electron microscopy analysis confirmed that intracellular Burkholderia cells were structurally intact. In addition, both Legionella pneumophila- and B. vietnamiensis-containing vacuoles did not accumulate cationized ferritin, a compound that localizes within the lysosome. Thus, our observations support the notion that B. cepacia complex isolates can use amoebae as a reservoir in the environment by surviving without intracellular replication within an acidic vacuole that is distinct from the lysosomal compartment.

Construction and evaluation of plasmid vectors optimized for constitutive and regulated gene expression in Burkholderia cepacia complex isolates

Genetic studies with Burkholderia cepacia complex isolates are hampered by the limited availability of cloning vectors and by the inherent resistance of these isolates to the most common antibiotics used for genetic selection. Also, some of the promoters widely employed for gene expression in Escherichia coli are inefficient in B. cepacia. In this study, we have utilized the backbone of the vector pME6000, a derivative of the pBBR1 plasmid that was originally isolated from Bordetella bronchiseptica, to construct a set of vectors useful for gene expression in B. cepacia. These vectors contain either the constitutive promoter of the S7 ribosomal protein gene from Burkholderia sp. strain LB400 or the arabinose-inducible P(BAD) promoter from E. coli. Promoter sequences were placed immediately upstream of multiple cloning sites in combination with the minimal sequence of pME6000 required for plasmid maintenance and mobilization. The functionality of both vectors was assessed by cloning the enhanced green fluorescent protein gene (e-gfp) and determining the levels of enhanced green fluorescent protein expression and fluorescence emission for a variety of clinical and environmental isolates of the B. cepacia complex. We also demonstrate that B. cepacia carrying these constructs can readily be detected intracellularly by fluorescence microscopy following the infection of Acanthamoeba polyphaga.

Live-cell visualization of transmembrane protein oligomerization and membrane fusion using two-fragment haptoEGFP methodology

Protein interactions play key roles throughout all subcellular compartments. In the present paper, we report the visualization of protein interactions throughout living mammalian cells using two oligomerizing MV (measles virus) transmembrane glycoproteins, the H (haemagglutinin) and the F (fusion) glycoproteins, which mediate MV entry into permissive cells. BiFC (bimolecular fluorescence complementation) has been used to examine the dimerization of these viral glycoproteins. The H glycoprotein is a type II membrane-receptor-binding homodimeric glycoprotein and the F glycoprotein is a type I disulfide-linked membrane glycoprotein which homotrimerizes. Together they co-operate to allow the enveloped virus to enter a cell by fusing the viral and cellular membranes. We generated a pair of chimaeric H glycoproteins linked to complementary fragments of EGFP (enhanced green fluorescent protein)--haptoEGFPs--which, on association, generate fluorescence. Homodimerization of H glycoproteins specifically drives this association, leading to the generation of a fluorescent signal in the ER (endoplasmic reticulum), the Golgi and at the plasma membrane. Similarly, the generation of a pair of corresponding F glycoprotein-haptoEGFP chimaeras also produced a comparable fluorescent signal. Co-expression of H and F glycoprotein chimaeras linked to complementary haptoEGFPs led to the formation of fluorescent fusion complexes at the cell surface which retained their biological activity as evidenced by cell-to-cell fusion.

Detection of Protein-Protein Interactions Using Protein-Fragment Complementation Assays (PCA)

Protein-protein interactions play a central role in many cellular processes. Their characterisation is necessary in order to analyse these processes and for the functional identification of unknown proteins. Existing detection methods such as the yeast two-hybrid (Y2H) and tandem affinity purification (TAP) method provide a means to answer rapidly questions regarding protein-protein interactions, but have limitations which restrict their use to certain interaction networks; furthermore they provide little information regarding interaction localisation at the subcellular level. The development of protein-fragment complementation assays (PCA) employing a fluorescent reporter such as a member of the green fluorescent protein (GFP) family has led to a new method of interaction detection termed Bimolecular Fluorescent Complementation (BiFC). These assays have become important tools for understanding protein interactions and the development of whole genome interaction maps. BiFC assays have the advantages of very low background signal coupled with rapid detection of protein-protein interactions in vivo while also providing information regarding interaction compartmentalisation. Modified forms of the assay such as the use of combinations of spectral variants of GFP have allowed simultaneous visualisation of multiple competing interactions in vivo. Advantages and disadvantages of the method are discussed in the context of other fluorescence-based interaction monitoring techniques.

Determination of Spontaneous Mutation Frequencies in Measles Virus under Nonselective Conditions

There is a paradox between the remarkable genetic stability of measles virus (MV) in the field and the high mutation rates implied by the frequency of the appearance of monoclonal antibody escape mutants generated when the virus is pressured to revert in vitro (S. J. Schrag, P. A. Rota, and W. J. Bellini, J. Virol. 73: 51-54, 1999). We established a highly sensitive assay to determine frequencies of various categories of mutations in large populations of wild-type and laboratory-adapted MVs using recombinant viruses containing an additional transcription unit (ATU) encoding enhanced green fluorescent protein (EGFP). Single and double mutations were made in the fluorophore of EGFP to ablate fluorescence. The frequencies of reversion mutants in the population were determined by measuring the appearance of fluorescence indicating a revertant virus. This allows mutation rates to be measured under nonselective conditions, as phenotypic reversion to fluorescence requires only either a single-or a double-nucleotide change and amino acid substitution, which does not affect the length of the nonessential reporter protein expressed from the ATU. Mutation rates in MV are the same for wild-type and laboratory-adapted viruses, and they are an order of magnitude lower than the previous measurement assessed under selective conditions. The actual mutation rate for MV is approximately 1.8 x 10(-6) per base per replication event. Copyright © 2013, American Society for Microbiology. All Rights Reserved.

Application of Fluorescence Spectroscopy to Quantify Shear-Induced Protein Conformation Change

Rapid and robust methods are required to quantify the effect of hydrodynamic shear on protein conformation change. We evaluated such strategies in this work and found that the binding of the fluorescent probe 4,4'-dianilino-1, 1'-binaphthyl-5,5'-disulfonic acid (bis-ANS) to hydrophobic pockets in the blood protein von Willebrand factor (VWF) is enhanced upon the application of fluid shear to the isolated protein. Significant structural changes were observed when the protein was sheared at shear rates >= 6000/s for similar to 3.5 min. The binding of bis-ANS to multimeric VWF, but not dimeric VWF or control protein bovine serum albumin, was enhanced upon fluid shear application. Thus, high-molecular-weight VWF is more susceptible to conformation change upon tensile loading. Although bis-ANS itself did not alter the conformation of VWF, it stabilized protein conformation once it bound the sheared molecule. Bis-ANS binding to VWF was reduced when the sheared protein was allowed to relax before dye addition. Taken together with functional data in the literature, our results suggest that shear-induced conformation changes in VWF reported by bis-ANS correlate well with the normal function of the protein under physiological/pathological fluid flow conditions. Further, this study introduces the fluorescent dye bis-ANS as a tool that may be useful in studies of shear-induced protein conformation change.

Protein subcellular targeting inTrichoderma aggressivum f. aggressivum

Trichoderma aggressivum f. aggressivum is a filamentous soil fungus. Green mold disease of commercial mushrooms caused by this species in North America has resulted in millions of dollars in lost revenue within the mushroom growing industry. Research on the molecular level of T aggressivum have jus t begun with the goal of understanding the functions of each gene and protein, and their expression control. Protein targeting has not been well studied in this species yet. Therefore, the intent of this study was to test the protein localization and production levels in T aggressivum with green fluorescent protein (GFP) with an intron and tagged with either nuclear localization signal (NLS) or an endoplasmic reticulum retention signal (KDEL). Two GFP constructs (with and without the intron) were used as controls in this study. All four constructs were successfully transferred into T aggressivum and all modified strains showed similar growth characteristics as the wild type non-transformed isolate. GFP expression was detected from all modified T aggressivum with confocal microscopy and the expression was similar in all four strains. The intron tested in this study had no or very minor effects as GFP expression was similar with or without it. The GFP signal increased over a 5 day period for all transformants, while the GFP to total protein ratio decreased over the same period for all transformants. The GFP-KDEL transformant showed similar protein expression level and localization as did the control transformant lacking the KDEL retention signal. The GFP-NLS transformant similarly failed to localize GFP into nucleus as fluorescence with this strain was virtually identical to the GFP transformant lacking the NLS. Thus, future research is required to find effective localization signals for T aggressivum.

Interactions protéiques et relation dynamique entre phosphorylation / sumoylation / ubiquitination des protéines TIF1α, β et PML: détection in vivo par BRET

Trois protéines de la famille TRIM (Motif TRIpartite), TIF1α, β (Transcriptional Intermediary Factor 1) et PML (ProMyelocytic Leukaemia¬), font l’objet de cette étude. TIF1α est connu comme un coactivateur des récepteurs nucléaires et TIF1β comme le corépresseur universel des protéines KRAB-multidoigt de zinc dont le prototype étudié ici est ZNF74. PML possède divers rôles dont le plus caractérisé est celui d’être l’organisateur principal et essentiel des PML-NBs (PML-Nuclear Bodies), des macrostructures nucléaires très dynamiques regroupant et coordonnant plus de 40 protéines. Il est à noter que la fonction de TIF1α, β et PML est régulée par une modification post-traductionnelle, la sumoylation, qui implique le couplage covalent de la petite protéine SUMO (Small Ubiquitin like MOdifier) à des lysines de ces trois protéines cibles. Cette thèse propose de développer des méthodes utilisant le BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfert) afin de détecter dans des cellules vivantes et en temps réel des interactions non-covalentes de protéines nucléaires mais aussi leur couplage covalent à SUMO. En effet, le BRET n’a jamais été exploré jusqu’alors pour étudier les interactions non-covalentes et covalentes de protéines nucléaires. L’étude de l’interaction de protéines transcriptionnellement actives est parfois difficile par des méthodes classiques du fait de leur grande propension à agréger (famille TRIM) ou de leur association à la matrice nucléaire (ZNF74). L’homo et l’hétérodimérisation de TIF1α, β ainsi que leur interaction avec ZNF74 sont ici testées sur des protéines entières dans des cellules vivantes de mammifères répondant aux résultats conflictuels de la littérature et démontrant que le BRET peut être avantageusement utilisé comme alternative aux essais plus classiques basés sur la transcription. Du fait de l’hétérodimérisation confirmée de TIF1α et β, le premier article présenté ouvre la possibilité d’une relation étroite entre les récepteurs nucléaires et les protéines KRAB- multidoigt de zinc. Des études précédentes ont démontré que la sumoylation de PML est impliquée dans sa dégradation induite par l’As2O3 et dépendante de RNF4, une E3 ubiquitine ligase ayant pour substrat des chaînes de SUMO (polySUMO). Dans le second article, grâce au développement d’une nouvelle application du BRET pour la détection d’interactions covalentes et non-covalentes avec SUMO (BRETSUMO), nous établissons un nouveau lien entre la sumoylation de PML et sa dégradation. Nous confirmons que le recrutement de RNF4 dépend de SUMO mais démontrons également l’implication du SBD (Sumo Binding Domain) de PML dans sa dégradation induite par l’As2O3 et/ou RNF4. De plus, nous démontrons que des sérines, au sein du SBD de PML, qui sont connues comme des cibles de phosphorylation par la voie de la kinase CK2, régulent les interactions non-covalentes de ce SBD mettant en évidence, pour la première fois, que les interactions avec un SBD peuvent dépendre d’un évènement de phosphorylation (“SBD phospho-switch”). Nos résultats nous amènent à proposer l’hypothèse que le recrutement de PML sumoylé au niveau des PML-NBs via son SBD, favorise le recrutement d’une autre activité E3 ubiquitine ligase, outre celle de RNF4, PML étant lui-même un potentiel candidat. Ceci suggère l’existence d’une nouvelle relation dynamique entre phosphorylation, sumoylation et ubiquitination de PML. Finalement, il est suggéré que PML est dégradé par deux voies différentes dépendantes de l’ubiquitine et du protéasome; la voie de CK2 et la voie de RNF4. Enfin une étude sur la sumoylation de TIF1β est également présentée en annexe. Cette étude caractérise les 6 lysines cibles de SUMO sur TIF1β et démontre que la sumoylation est nécessaire à l’activité répressive de TIF1β mais n’est pas impliquée dans son homodimérisation ou son interaction avec la boîte KRAB. La sumoylation est cependant nécessaire au recrutement d’histones déacétylases, dépendante de son homodimérisation et de l’intégrité du domaine PHD. Alors que l’on ne connaît pas de régulateur physiologique de la sumoylation outre les enzymes directement impliquées dans la machinerie de sumoylation, nous mettons en évidence que la sumoylation de TIF1β est positivement régulée par son interaction avec le domaine KRAB et suggérons que ces facteurs transcriptionnels recrutent TIF1β à l’ADN au niveau de promoteur et augmentent son activité répressive en favorisant sa sumoylation.

Effet de chaperones pharmacologiques sur les formes mutantes du récepteur mélanocortine de type 4 responsables de l'obésité morbide précoce

Le récepteur mélanocortine de type 4 (MC4R) est un récepteur couplé aux protéines G impliqué dans la régulation de la prise alimentaire et de l’homéostasie énergétique. Quatre-vingt pour cent des mutants du MC4R reliés à l’obésité morbide précoce (OMP) sont retenus à l’intérieur de la cellule. Le système de contrôle de qualité (SCQ) est probablement responsable de cette rétention, par la reconnaissance d’une conformation inadéquate des mutants. Le rétablissement de l’expression à la surface cellulaire et de la fonctionnalité de ces mutants est donc d’intérêt thérapeutique. Dans cette optique, des composés lipophiles spécifiques pour le MC4R ont été sélectionnés sur la base de leur sélectivité. Nous avons démontré qu’ils agissent à titre de chaperone pharmacologique (CP) en rétablissant l’expression à la surface cellulaire et la fonctionnalité des récepteurs mutants S58C et R165W, et qu’ils favorisent leur N-glycosylation complexe (maturation). Le suivi par BRET du site d’action des CP du MC4R suggère une action en aval de l’interaction calnexine-MC4R. De manière générale, une CP peut avoir un effet différent selon le mutant traité en induisant des conformations distinctes du récepteur plus ou moins aptes à se dissocier du SCQ et à activer la voie de signalisation, et un mutant peut répondre différemment selon la CP utilisée par des différences d’affinité pour le ligand, la CP et les effecteurs. Une meilleure compréhension du mode d’action des CP pourrait aider au développement de nouvelles approches thérapeutiques non seulement pour l’OMP, mais aussi pour d’autres maladies conformationnelles causées par le mauvais repliement de protéines.

Comparaison de l’ubiquitylation de différentes protéines à domaine SH3 impliquées dans l’endocytose suite à leur interaction avec la ligase de l’ubiquitine Itch

Itch est la seule ligase de l'ubiquitine de type C2-WW-HECT capable d'interagir avec les protéines à domaine SH3. Ce domaine est particulièrement représenté parmi les protéines régulatrices de l'endocytose. Les travaux présentés ici visaient à examiner la capacité d'Itch à interagir avec plusieurs protéines endocytiques. Nous avons utilisé la technique du BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) pour examiner quelques protéines candidates. Nous avons ensuite confirmé les résultats obtenus par BRET avec des tests d'interaction in vitro, puis déterminé la capacité d'Itch à ubiquityler les protéines liées via leurs domaines SH3. Nous avons ainsi découvert deux nouveaux partenaires d'interaction et substrats d'Itch parmi les protéines endocytiques, amphyphisine et pacsine. De plus, Itch interagit avec les domaines SH3 isolés d'intersectine, mais pas avec la protéine complète, suggérant que cette dernière n'est pas un substrat d'Itch. Itch est donc bien positionnée pour exercer un rôle régulateur de l'endocytose en ubiquitylant ses substrats.

Évaluation de l'effet des antagonistes synthétiques du récepteur de chimiokine, CXCR4 sur CXCR7

Le récepteur de chimiokine CXCR7 a été récemment identifié comme liant la chimiokine SDF-1, anciennement considérée comme ligand exclusif du récepteur CXCR4. Ces deux récepteurs sont exprimés majoritairement dans les mêmes types cellulaires et, ainsi, la découverte de CXCR7 incite à réévaluer les effets respectifs de SDF-1 sur CXCR4. Étant donné son rôle dans le cancer, CXCR4 est une cible de choix pour le développement de molécules thérapeutiques. Également, CXCR7 semble être impliqué dans la croissance tumorale. AMD3100, un antagoniste «sélectif» pour CXCR4, est maintenant commercialisé. Cet antagoniste a été identifié comme liant lui aussi CXCR7. De plus, sur CXCR7, l’AMD3100 agit comme agoniste puisqu’il induit le recrutement de la β-arrestine, à l’opposé de son effet sur. En revanche, AMD3100 n’induit pas le recrutement de la β-arrestine à CXCR4. Basé sur ces résultats, il est nécessaire de revoir la sélectivité d’autres antagonistes synthétiques de CXCR4. À l’aide de la technique de BRET (Résonance d’un transfert d’énergie par bioluminescence), nos résultats montrent que le Tc14012, un autre antagoniste synthétique de CXCR4, et structurellement distinct de l’AMD3100, interagit avec CXCR7. Contrairement à CXCR4, les deux antagonistes de CXCR4 agissent comme agonistes sur CXCR7 en induisant le recrutement de la β-arrestine. Nos résultats suggèrent que l’organisation spatiale du corps du récepteur serait responsable de cet effet opposé. En conclusion, AMD3100 et Tc14012 ne sont pas sélectifs pour CXCR4, puisqu’ils interagissent avec CXCR7. Lors du développement de nouvelles molécules synthétiques ciblant CXCR4, il serait alors nécessaire d’en évaluer leur sélectivité, et leurs effets en les testant aussi sur CXCR7.

Étude de la pharmacologie de ligands du récepteur EP4 de prostaglandine E2

La prostaglandine E2 est une hormone lipidique produite abondamment dans le corps, incluant dans le rein où elle agit localement pour réguler les fonctions rénales. Un couplage à la protéine Gαs menant à une production d’AMPc a classiquement été attribué au récepteur EP4 de PGE2. La signalisation d’EP4 s’est cependant avérée plus complexe et implique aussi un couplage aux protéines sensibles à la PTX Gαi et des effets reliés aux β-arrestines. Il y a maintenant plusieurs exemples de l’activation sélective de voies de signalisation indépendantes par des ligands des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), et ce concept désigné sélectivité fonctionnelle pourrait être exploité dans le développement de nouveaux médicaments plus spécifiques et efficaces. Dans une première étude, la puissance et l’activité intrinsèque d’une série de ligands d’EP4 pour l’activation de Gαs, Gαi et de la ß-arrestine ont été systématiquement déterminées relativement au ligand endogène PGE2. Dans ce but, trois essais de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET) ont été adaptés pour évaluer les différentes voies dans des cellules vivantes. Nos résultats montrent une sélectivité fonctionnelle importante parmi les agonistes évalués et ont une implication pour l’utilisation d’analogues de la PGE2 dans un contexte expérimental et possiblement clinique, puisque leur spectre d’activité diffère de l’agoniste naturel. La méthodologie basée sur le BRET utilisée lors de cette première évaluation systématique d’une série d’agonistes d’EP4 devrait être applicable à l’étude d’autres RCPG. Dans une deuxième étude, des peptides reproduisant des régions juxtamembranaires extracellulaires du récepteur EP4 ont été conçus selon le raisonnement que des peptides ciblant des régions éloignées du site de liaison du ligand naturel ont le potentiel de ne moduler qu’une partie des activités du récepteur. L’insuffisance rénale aiguë est une complication médicale grave caractérisée par un déclin brusque et soutenu de la fonction rénale et pour laquelle il n’y a pas de traitement efficace à l’heure actuelle. Nos résultats montrent que le peptidomimétique dérivé d’EP4 optimisé (THG213.29) améliore significativement les fonctions rénales et les changements histologiques dans une insuffisance rénale aiguë induite par cisplatine ou par occlusion des artères rénales dans des rats Sprague-Dawley. Le THG213.29 ne compétitionnait pas la liaison de la PGE2 à EP4, mais modulait la cinétique de dissociation de la PGE2, suggérant une liaison à un site allostérique d’EP4. Le THG213.29 démontrait une sélectivité fonctionnelle, puisqu’il inhibait partiellement la production d’AMPc induite par EP4 mais n’affectait pas l’activation de Gαi ou le recrutement de la ß-arrestine. Nos résultats indiquent que le THG213.29 représente une nouvelle classe d’agent diurétique possédant les propriétés d’un modulateur allostérique non-compétitif des fonctions du récepteur EP4 pour l’amélioration des fonctions rénales suite à une insuffisance rénale aiguë.

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.