CXCR4-mediated glutamate exocytosis from astrocytes.

The role of astrocytes as structural and metabolic support for neurons is known since the beginning of the last century. Because of their strategic localization between neurons and capillaries they can monitor and control the level of synaptic activity by providing energetic metabolites to neurons and remove excess of neurotransmitters. During the last two decades number of papers further established that the astrocytic plasma-membrane G-protein coupled receptors (GPCR) can sense external inputs (such as the spillover of neurotransmitters) and transduce them as intracellular calcium elevations and release of chemical transmitters such as glutamate. The chemokine CXCR4 receptor is a GPCR widely expressed on glial cells (especially astrocytes and microglia). Activation of the astrocytic CXCR4 by its natural ligand CXCL12 (or SDF1 alpha) results in a long chain of intracellular and extracellular events (including the release of the pro-inflammatory cytokine TNFalpha and prostanglandins) leading to glutamate release. The emerging role of CXCR4-CXCL12 signalling axis in brain physiology came from the recent observation that glutamate in astrocytes is released via a regulated exocytosis process and occurs with a relatively fast time-scale, in the order of few hundred milliseconds. Taking into account that astrocytes are electrically non-excitable and thus exocytosis rely only on a signalling pathway that involves the release Ca(2+) from the internal stores, these results suggested a close relationship between sites of Ca(2+) release and those of fusion events. Indeed, a recent observation describes structural sub-membrane microdomains where fast ER-dependent calcium elevations occur in spatial and temporal correlation with fusion events.

Crystallization and preliminary X-ray diffraction studies of Drosophila melanogaster Gαo-subunit of heterotrimeric G protein in complex with the RGS domain of CG5036.

Regulator of G-protein signalling (RGS) proteins negatively regulate heterotrimeric G-protein signalling through their conserved RGS domains. RGS domains act as GTPase-activating proteins, accelerating the GTP hydrolysis rate of the activated form of Gα-subunits. Although omnipresent in eukaryotes, RGS proteins have not been adequately analysed in non-mammalian organisms. The Drosophila melanogaster Gαo-subunit and the RGS domain of its interacting partner CG5036 have been overproduced and purified; the crystallization of the complex of the two proteins using PEG 4000 as a crystallizing agent and preliminary X-ray crystallographic analysis are reported. Diffraction data were collected to 2.0 Å resolution using a synchrotron-radiation source.

A genetic basis for functional hypothalamic amenorrhea.

Background: Functional hypothalamic amenorrhea is a reversible form of gonadotropin-releasing hormone (GnRH) deficiency commonly triggered by stressors such as excessive exercise, nutritional deficits, or psychological distress. Women vary in their susceptibility to inhibition of the reproductive axis by such stressors, but it is unknown whether this variability reflects a genetic predisposition to hypothalamic amenorrhea. We hypothesized that mutations in genes involved in idiopathic hypogonadotropic hypogonadism, a congenital form of GnRH deficiency, are associated with hypothalamic amenorrhea. Methods: We analyzed the coding sequence of genes associated with idiopathic hypogonadotropic hypogonadism in 55 women with hypothalamic amenorrhea and performed in vitro studies of the identified mutations. Results: Six heterozygous mutations were identified in 7 of the 55 patients with hypothalamic amenorrhea: two variants in the fibroblast growth factor receptor 1 gene FGFR1 (G260E and R756H), two in the prokineticin receptor 2 gene PROKR2 (R85H and L173R), one in the GnRH receptor gene GNRHR (R262Q), and one in the Kallmann syndrome 1 sequence gene KAL1 (V371I). No mutations were found in a cohort of 422 controls with normal menstrual cycles. In vitro studies showed that FGFR1 G260E, FGFR1 R756H, and PROKR2 R85H are loss-of-function mutations, as has been previously shown for PROKR2 L173R and GNRHR R262Q. Conclusions: Rare variants in genes associated with idiopathic hypogonadotropic hypogonadism are found in women with hypothalamic amenorrhea, suggesting that these mutations may contribute to the variable susceptibility of women to the functional changes in GnRH secretion that characterize hypothalamic amenorrhea. Our observations provide evidence for the role of rare variants in common multifactorial disease. (Funded by the Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development and others; ClinicalTrials.gov number, NCT00494169.)

The α1-adrenergic receptors: diversity of signaling networks and regulation.

The α(1)-adrenergic receptor (AR) subtypes (α(1a), α(1b), and α(1d)) mediate several physiological effects of epinephrine and norepinephrine. Despite several studies in recombinant systems and insight from genetically modified mice, our understanding of the physiological relevance and specificity of the α(1)-AR subtypes is still limited. Constitutive activity and receptor oligomerization have emerged as potential features regulating receptor function. Another recent paradigm is that β arrestins and G protein-coupled receptors themselves can act as scaffolds binding a variety of proteins and this can result in growing complexity of the receptor-mediated cellular effects. The aim of this review is to summarize our current knowledge on some recently identified functional paradigms and signaling networks that might help to elucidate the functional diversity of the α(1)-AR subtypes in various organs.

Effects of polymorphisms in beta1-adrenoceptor and alpha-subunit of G protein on heart rate and blood pressure during exercise test. The finnish cardiovascular study.

J Appl Physiol vol 100, no 2, pp 507-511, 2006

Génération d'une souris dépourvue du gène VIT32 de manière conditionnelle: étude du phénotype rénal chez les souris dépourvues de RGS2

Résumé Dans le rein, la vasopressine possède un rôle essentiel dans la régulation fine du transport d'eau et participe au contrôle de la réabsorption du sodium. Cette action est conduite par l'activation du récepteur à la vasopressine V2R situé dans l'anse de Henle, dans le tubule connecteur et dans le canal collecteur du néphron des rongeurs et conduit à la formation d'AMPc entraînant un mécanisme d'action caractérisé par deux phases distinctes. Le premier effet de la vasopressine est non génomique et a lieu rapidement après l'activation du récepteur, la deuxième phase est plus tardive et possède la caractéristique de moduler la transcription d'un réseau de gènes. Parmi ces gènes, plusieurs sont directement impliqués dans le transport d'eau et de sodium, comme l'Aqp2 et 3, ENaC et la Na,K-ATPase. L'identification des effets de la voie de signalisation de la vasopressine représente un point crucial pour la compréhension des mécanismes moléculaires de la réabsorption de l'eau et du sodium dans le néphron. L'analyse en série de l'expression de gènes (SAGE) réalisée en 2001 dans notre laboratoire a permis de caractériser le transcriptome dépendant de la vasopressine dans la lignée cellulaire mpkCCDc14,a dérivée du canal collecteur cortical (CCD) de souris. Deux des transcrits induits par la vasopressine (VIT) ont fait l'objet des études de ce travail de thèse. Le premier est VIT32 (Vasopressin induced transcript 32) qui code pour une protéine ne possédant aucune homologie avec des domaines protéiques dont la fonction est connue. Dans le système d'expression de l'ovocyte de Xenopus laevis, VIT32 induit la maturation des ovocytes et diminue le courant sensible à l'amiloride de manière dépendante de la voie des MAPK. Dans les mpkCCDc14, l'inhibition de la voie des MAPK diminue le courant sodique en diminuant l'activité de la Na,K-ATPase, mais sans modifier le courant d'ENaC. Ainsi la voie de signalisation des MAPK peut avoir des cibles différentes suivant le système dans lequel elle est étudiée. C'est pourquoi nous avons décidé de poursuivre l'étude de VIT32 dans un contexte physiologique en créant une souris dépourvue du gène codant pour VIT32 de manière conditionnelle (conditional knockout). La première partie de cette thèse a donc consisté à générer cette souris. Le deuxième transcrit induit par la vasopressine qui a été étudié dans cette thèse est RGS2 (Regulator of G protein Signaling 2). In vitro, il a été montré que RGS2 inhibe des voies de signalisation dépendantes de récepteurs couplés à des protéines Gq et Gs. Dans notre étude, nous avons montré que dans le néphron de rein de souris, RGS2 est colocalisé avec V2R. In vivo, la vasopressine sécrétée lors d'une restriction en eau imposée à des souris augmente l'expression de RGS2. De plus, l'accumulation d'AMPc engendrée par l'action de la vasopressine sur les canaux collecteurs est significativement plus grande chez les souris dépourvues de RGS2 (rgs2 -/-). Cette induction de la signalisation de la vasopressine est corrélée à une augmentation de la réabsorption d'eau chez les souris rgs2 -/-. Ainsi RGS2 serait impliqué dans le rétrocontrôle négatif de la voie de signalisation de la vasopressine. Abstract In the kidney, vasopressin plays a key role in the control of water balance and participates in salt reabsorption. These actions are induced by the activation of V2 vasopressin receptor (V2R) located in the loop of Henle, in the connecting tubule and in the collecting duct leading to an increase in intracellular cAMP levels. The V2R-mediated vasopressin action elicits a rapid, non-genomic effect, during which water and salt reabsorption is rapidly increased and a late or genomic effect characterised by the long-term regulation of water and salt reabsorption through the transcriptional activation of a gene network that includes Aqp2, Aqp3, ENaC and Na,K-ATPase. Serial analysis of gene expression (SAGE) performed in 2001 in our laboratory characterised the vasopressin induced transcripts (VIT) in the mpkCCDc14 cell line. Two of them are studied in this thesis. The first one is VIT32 (Vasopressin induced transcript 32) that encodes a protein that has no homology with any protein domain of known function. In the Xenopus laevis oocyte, VIT32 induces oocyte maturation and downregulates the ENaC amiloride sensitive current via the activation of the MAPK pathway. In mpkCCDc14 cell line, the MAPK pathway inhibition leads to a decrease of Na,K-ATPase activity without affecting ENaC current. Therefore, the MAPK pathway can act on different targets depending on the cellular context. Thus, we decided to investigate the function of VIT32 in its physiological environment by performing a conditional knockout mouse of VIT32. The first part of this thesis consisted in generating this mouse. The second studied vasopressin induced transcript is RGS2 (Regulator of G protein Signaling 2). In vitro, RGS2 has been shown to inhibit Gq and Gs protein-coupled receptor pathway. In our study we show that RGS2 is co-localized with V2R in the mouse nephron. In vivo, vasopressin secreted during water restriction up-regulates RGS2 expression. Moreover, vasopressin-dependant accumulation of CAMP is significantly increased in the cortical collecting duct of RGS2 knockout mice. This increase is correlated with an increase in water reabsorption. RGS2 could be involved in the negative feedback regulation of V2R signalling. Résumé tout public Le corps humain est composé d'environ 60% d'eau répartie à l'intérieur et à l'extérieur des cellules de notre organisme. Les cellules, unités fondamentales du vivant, puisent l'oxygène et les nutriments indispensables à leur fonctionnement dans le liquide extracellulaire. La composition du milieu doit être constante, car les variations peuvent perturber considérablement et parfois fatalement la fonction des cellules. Ainsi les organismes pluricellulaires ont développé des mécanismes permettant de contrôler la constance du milieu extracellulaire afin de maintenir l'état d'équilibre nommé homéostasie. Le rein joue un rôle majeur dans cette homéostasie grâce à sa capacité de réabsorber l'eau et les solutés en fonction des besoins de l'organisme. Cette fonction du rein est régulée par différentes hormones comme la vasopressine, qui permet de contrôler la réabsorption fine de l'eau et des solutés. Dans leurs membranes, les cellules possèdent des récepteurs leur permettant de répondre aux signaux extracellulaires comme le sont entre autres les hormones. Ainsi les cellules sensibles à la vasopressine possèdent un récepteur nommé V2R qui permet d'intégrer les signaux de la vasopressine en déclenchant tout une cascade d'événements conduisant à une modification de l'expression de certaines protéines impliquées directement ou non dans la réabsorption de l'eau et des solutés. Une étude précédente élaborée au sein de notre laboratoire a permis de répertorier les protéines dont l'expression est augmentée par de la vasopressine. Deux de ces protéines ont fait l'objet des études de cette thèse. La première protéine induite par la vasopressine est VIT32 (Vasopressin induced transcript 32). Cette protéine est entre autres impliquée dans la réabsorption du sodium, mais la fonction précise de VIT32 dans ce transport n'a pas pu être déterminée. Une des approches possibles pour l'étude de la fonction d'une protéine est de supprimer son expression chez la souris et d'étudier les conséquences de son absence. Ces souris sont appelées des souris knockout, puisque la protéine en question ne peut plus agir. La première partie de cette thèse a donc consisté à générer une souris dépourvue du gène de VIT32. La deuxième protéine étudiée est RGS2 (Regulator of G protein Signaling 2). Cette protéine inhibe certaines voies de signalisation activées par différentes hormones. Dans cette partie du travail de thèse, nous avons pu mettre en évidence que RGS2 agit comme un inhibiteur de la voie de signalisation de la vasopressine. En modifiant cette signalisation, RGS2 serait donc un médiateur du contrôle de la réabsorption d'eau dans les cellules du rein sensibles à la vasopressine.

Imaging techniques applied for detection of secretion, transgene delivery and G proteincoupled receptors in reproductive and endocrine cells in vivo and in vitro

Post-testicular sperm maturation occurs in the epididymis. The ion concentration and proteins secreted into the epididymal lumen, together with testicular factors, are believed to be responsible for the maturation of spermatozoa. Disruption of the maturation of spermatozoa in the epididymis provides a promising strategy for generating a male contraceptive. However, little is known about the proteins involved. For drug development, it is also essential to have tools to study the function of these proteins in vitro. One approach for screening novel targets is to study the secretory products of the epididymis or the G protein-coupled receptors (GPCRs) that are involved in the maturation process of the spermatozoa. The modified Ca2+ imaging technique to monitor release from PC12 pheochromocytoma cells can also be applied to monitor secretory products involved in the maturational processes of spermatozoa. PC12 pheochromocytoma cells were chosen for evaluation of this technique as they release catecholamines from their cell body, thus behaving like endocrine secretory cells. The results of the study demonstrate that depolarisation of nerve growth factor -differentiated PC12 cells releases factors which activate nearby randomly distributed HEL erythroleukemia cells. Thus, during the release process, the ligands reach concentrations high enough to activate receptors even in cells some distance from the release site. This suggests that communication between randomly dispersed cells is possible even if the actual quantities of transmitter released are extremely small. The development of a novel method to analyse GPCR-dependent Ca2+ signalling in living slices of mouse caput epididymis is an additional tool for screening for drug targets. By this technique it was possible to analyse functional GPCRs in the epithelial cells of the ductus epididymis. The results revealed that, both P2X- and P2Y-type purinergic receptors are responsible for the rapid and transient Ca2+ signal detected in the epithelial cells of caput epididymides. Immunohistochemical and reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RTPCR) analyses showed the expression of at least P2X1, P2X2, P2X4 and P2X7, and P2Y1 and P2Y2 receptors in the epididymis. Searching for epididymis-specific promoters for transgene delivery into the epididymis is of key importance for the development of specific models for drug development. We used EGFP as the reporter gene to identify proper promoters to deliver transgenes into the epithelial cells of the mouse epididymis in vivo. Our results revealed that the 5.0 kb murine Glutathione peroxidase 5 (GPX5) promoter can be used to target transgene expression into the epididymis while the 3.8 kb Cysteine-rich secretory protein-1 (CRISP-1) promoter can be used to target transgene expression into the testis. Although the visualisation of EGFP in living cells in culture usually poses few problems, the detection of EGFP in tissue sections can be more difficult because soluble EGFP molecules can be lost if the cell membrane is damaged by freezing, sectioning, or permeabilisation. Furthermore, the fluorescence of EGFP is dependent on its conformation. Therefore, fixation protocols that immobilise EGFP may also destroy its usefulness as a fluorescent reporter. We therefore developed a novel tissue preparation and preservation techniques for EGFP. In addition, fluorescence spectrophotometry with epididymal epithelial cells in suspension revealed the expression of functional purinergic, adrenergic, cholinergic and bradykinin receptors in these cell lines (mE-Cap27 and mE-Cap28). In conclusion, we developed new tools for studying the role of the epididymis in sperm maturation. We developed a new technique to analyse GPCR dependent Ca2+ signalling in living slices of mouse caput epididymis. In addition, we improved the method of detecting reporter gene expression. Furthermore, we characterised two epididymis-specific gene promoters, analysed the expression of GPCRs in epididymal epithelial cells and developed a novel technique for measurement of secretion from cells.

Homogeneous assay technologies in drug screening: Quenching Resonance Energy Transfer (QRET) technique

Information gained from the human genome project and improvements in compound synthesizing have increased the number of both therapeutic targets and potential lead compounds. This has evolved a need for better screening techniques to have a capacity to screen number of compound libraries against increasing amount of targets. Radioactivity based assays have been traditionally used in drug screening but the fluorescence based assays have become more popular in high throughput screening (HTS) as they avoid safety and waste problems confronted with radioactivity. In comparison to conventional fluorescence more sensitive detection is obtained with time-resolved luminescence which has increased the popularity of time-resolved fluorescence resonance energy transfer (TR-FRET) based assays. To simplify the current TR-FRET based assay concept the luminometric homogeneous single-label utilizing assay technique, Quenching Resonance Energy Transfer (QRET), was developed. The technique utilizes soluble quencher to quench non-specifically the signal of unbound fraction of lanthanide labeled ligand. One labeling procedure and fewer manipulation steps in the assay concept are saving resources. The QRET technique is suitable for both biochemical and cell-based assays as indicated in four studies:1) ligand screening study of β2 -adrenergic receptor (cell-based), 2) activation study of Gs-/Gi-protein coupled receptors by measuring intracellular concentration of cyclic adenosine monophosphate (cell-based), 3) activation study of G-protein coupled receptors by observing the binding of guanosine-5’-triphosphate (cell membranes), and 4) activation study of small GTP binding protein Ras (biochemical). Signal-to-background ratios were between 2.4 to 10 and coefficient of variation varied from 0.5 to 17% indicating their suitability to HTS use.

Muscarinic toxins : characterization of adrenoceptor binding and applicability of membrane anchoring via glycosylphosphatidylinositol tail

Adrenoceptors (ARs), G-protein coupled receptors (GPCRs) at the plasma membrane, respond to endogenous catecholamines noradrenaline and adrenaline. These receptors mediate several important physiological functions being especially important in the cardiovascular system and in the regulation of smooth muscle contraction. Impairments in the function of these receptors can thus lead to severe diseases and disorders such as to cardiovascular diseases and benign prostatic hyperplasia. The Eastern green mamba (Dendroaspis angusticeps) venom has been shown to contain toxins that can antagonize the functions of GPCRs. The most well-known are muscarinic toxins (MTs) targeting muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs) with high affinity and selectivity. However, some reports have indicated that these toxins might also act on the α1- and α2-ARs which can be divided into various subtypes; the α1-ARs to α1A-, α1B- and α1D-ARs and α2-ARs to α2A-, α2B- and α2C-ARs. In this thesis, the interaction of four common MTs (MT1, MT3, MT7 and MTα) with the adrenoceptors was characterized. It was also evaluated whether these toxins could be anchored to the plasma membrane via glycosylphosphatidylinositol (GPI) tail. Results of this thesis reveal that muscarinic toxins are targeting several α-adrenoceptor subtypes in addition to their previously identified target receptors, mAChRs. MTα was found to interact with high affinity and selectivity with the α2B-AR whereas MT7 confirmed its selectivity for the M1 mAChR. Unlike MTα and MT7, MT1 and MT3 have a broad range of target receptors among the α-ARs. All the MTs characterized were found to behave as non-competitive antagonists of receptor action. The interaction between MTα and the α2B-AR was studied more closely and it was observed that the second extracellular loop of the receptor functions as a structural entity enabling toxin binding. The binding of MTα to the α2B-AR appears to be rather complex and probably involves dimerized receptor. Anchoring MTs to the plasma membrane did not interfere with their pharmacological profile; all the GPI-anchored toxins created retained their ability to block their target receptors. This thesis shows that muscarinic toxins are able to target several subtypes of α-ARs and mAChRs. These toxins offer thus a possibility to create new subtype specific ligands for the α-AR subtypes. Membrane anchored MTs on the other hand could be used to block α-AR and mAChR actions in disease conditions such as in hypertension and in gastrointestinal and urinary bladder disorders in a cell-specific manner and to study the physiological functions of ARs and mAChRs in vivo in model organisms.

Fluorescent ligands for studying neuropeptide receptors by confocal microscopy

This paper reviews the use of confocal microscopy as it pertains to the identification of G-protein coupled receptors and the study of their dynamic properties in cell cultures and in mammalian brain following their tagging with specific fluorescent ligands. Principles that should guide the choice of suitable ligands and fluorophores are discussed. Examples are provided from the work carried out in the authors' laboratory using custom synthetized fluoresceinylated or BODIPY-tagged bioactive peptides. The results show that confocal microscopic detection of specifically bound fluorescent ligands permits high resolution appraisal of neuropeptide receptor distribution both in cell culture and in brain sections. Within the framework of time course experiments, it also allows for a dynamic assessment of the internalization and subsequent intracellular trafficking of bound fluorescent molecules. Thus, it was found that neurotensin, somatostatin and mu- and delta-selective opioid peptides are internalized in a receptor-dependent fashion and according to receptor-specific patterns into their target cells. In the case of neurotensin, this internalization process was found to be clathrin-mediated, to proceed through classical endosomal pathways and, in neurons, to result in a mobilization of newly formed endosomes from neural processes to nerve cell bodies and from the periphery of cell bodies towards the perinuclear zone. These mechanisms are likely to play an important role for ligand inactivation, receptor regulation and perhaps also transmembrane signaling.

TRP channels, omega-3 fatty acids, and oxidative stress in neurodegeneration: from the cell membrane to intracellular cross-links

The transient receptor potential channels family (TRP channels) is a relatively new group of cation channels that modulate a large range of physiological mechanisms. In the nervous system, the functions of TRP channels have been associated with thermosensation, pain transduction, neurotransmitter release, and redox signaling, among others. However, they have also been extensively correlated with the pathogenesis of several innate and acquired diseases. On the other hand, the omega-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 fatty acids) have also been associated with several processes that seem to counterbalance or to contribute to the function of several TRPs. In this short review, we discuss some of the remarkable new findings in this field. We also review the possible roles played by n-3 fatty acids in cell signaling that can both control or be controlled by TRP channels in neurodegenerative processes, as well as both the direct and indirect actions of n-3 fatty acids on TRP channels.

GABA accumulation and the hypersensitive response in isolated mesophyll cells treated with the G protein activator mastoparan

GABA (y-amino butyric acid) is a non-protein amino acid synthesized through the a-decarboxylation of L-glutamate. This reaction is catalyzed by L-glutamate decarboxylase (EC 4.1.1.15), a cytosolic Ca2+/calmodulin-stimulated enzyme. The purpose of this study is to determine whether or not GABA accumulation is associated with the hypersensitive response of isolated Asparagus sprengeri mesophyll cells. The addition of 25 J.lM mastoparan, a G protein activator, to suspensions of isolated asparagus mesophyll cells significantly increased GABA synthesis and cell death. Cell death was assessed using Evan's blue dye and fluorescein diacetate tests for cell viability. In addition, mastoparan stimulated pH-dependent alkalinization of the external medium, and a rapid and large 02 consumption followed by a loss of photosynthetic activity. The rate of 02 consumption and the net decrease in 02 in the dark was enhanced by light. The inactive mastoparan analogue Mas17 was ineffective in stimulating GABA accumulation, medium alkalinization, 02 uptake and cell death. Accumulation of H202 in response tomastoparan was not detected, however, mastoparan caused the cell-dependent degradation of added H202. The pH dependence of mastoparan-stimulated alkalinization suggests cellular electrolyte leakage, while the consumption of 02 corresponds to the oxidative burst in which 02 at the cell surface is reduced to form various active oxygen species. The results are indicative of the "hypersensitive response" of plants to pathogen attack, namely, the death of cells in the locality of pathogen invasion. The data are compatible with a model in which mastoparan triggers G protein activity, subsequent intracellular signal transduction pathway/s, and the hypersensitive response. It is postulated that the physiological elicitation of the hypersensitive response involves G protein signal transduction. The synthesis of GABA during the hypersensitive response has not been documented previously; however the role/s of GABA synthesis in the hypersensitive response, if any, remain unclear.

Développement de modulateurs allostériques peptidiques inhibiteurs de l’activité des récepteurs de l’interleukine 1 et de la vasopressine

L’approche Module X a été créée dans le but de concevoir de petits peptides modulateurs ayant des propriétés allostériques. Module X reproduit de petites parties des portions extracellulaires flexibles des récepteurs. Ces petits peptides vont interagir en s’interposant entre deux sous unités ou entre deux régions de la même sous-unité qui interagissent par des liens hydrogènes, des ponts salins ou des liens disulfure. Ces régions sont spécialement choisies à l’extérieur du domaine de liaison du ligand orthostérique et sont situées dans les régions inter domaines, la portion juxta membranaire ou dans les boucles. Étant donné que les boucles sont exposées durant les changements de conformation, une séquence peptidique reproduisant certaines régions de ces boucles pourrait s’insérer à un endroit approprié dans la structure où se lier à son partenaire de signalisation dans le complexe protéique, ce qui aurait comme effet de déplacer l’équilibre de l’ensemble vers un état particulier et modulerait ainsi la signalisation. De cette façon, certaines voies de signalisation pourraient être partiellement inhibées tandis que d’autres voies ne seraient pas touchées puisque le ligand orthostérique pourrait toujours se lier au récepteur. Dans une première étude, nous avons conçu des peptides inhibiteurs du récepteur de l’interleukine 1 (IL-1R/IL-1RAcP) plus précisément en reproduisant des régions flexibles de la protéine accessoire, sous-unité signalisatrice du récepteur. IL-1 est un médiateur majeur de l’inflammation, mais le seul antagoniste disponible est l’analogue naturel de IL-1, IL-1Ra qui compétitionne avec IL-1 pour le site de liaison sur le récepteur. Nous avons conçu plusieurs peptides à partir des boucles de la protéine accessoire. Un de ces peptides, rytvela (101.10) a démontré des propriétés de non-compétitivité et de sélectivité fonctionnelle caractéristiques des modulateurs allostériques. 101.10 bloque la prolifération des thymocytes et la synthèse de PGE2 avec un IC50 de 1 nM mais une efficacité de 100 % et 45 % respectivement et ne déplace pas IL-1 radioactif dans des essais de radioliaisons. De plus, 101.10 n’a qu’un effet minime sur l’affinité de IL-1 pour son récepteur. 101.10 démontre, de plus, une activité inhibitrice in vivo dans des modèles d’inflammation de l’intestin chez le rat (efficacité supérieure aux corticostéroïdes et à IL-1Ra) et de dermatite chez la souris de même que dans un modèle d’hyperthermie induite par IL-1. La deuxième étude démontre que Module X peut être utilisé pour concevoir des inhibiteurs pour une autre grande famille de récepteurs : les récepteurs couplés aux protéines G. La vasopressine joue un rôle important dans l’équilibre hydro-osmotique et un moindre rôle dans la vasomotricité. Six peptides ont été conçus à partir de régions juxta membranaires du récepteur de la vasopressine V2R. Le peptide le plus actif, VRQ397 (IC50 = 0,69 nM dans un modèle de vasorelaxation du crémastère), a démontré de la sélectivité fonctionnelle en inhibant la synthèse de prostacycline mais sans inhiber l’activation de la protéine Gs et la génération d’ AMP cyclique. Le peptide VRQ397 ne pouvait déplacer le ligand naturel AVP marqué radioactivement; de même VRQ397 radioactif ne se liait que sur V2R et non pas sur d’autres récepteurs de la même famille tel que V1R (récepteur de la vasopressine de type I). Ces études décrivent la caractérisation de petits peptides modulateurs de la signalisation de IL-1R et V2R et présentant des propriétés de modulateurs allostériques.

Conséquences fonctionnelles de mutations affectant le récepteur de la vasopressine de type 2 et implications thérapeutiques

Le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) joue un rôle crucial dans l’homéostasie hydrique. Exprimé principalement au niveau du rein, son activation par l’hormone antidiurétique arginine-vasopressine (AVP) favorise la réabsorption d’eau, participant ainsi à diminuer la diurèse. Plus de 200 mutations dans le gène du V2R ont été associées au diabète néphrogénique insipide congénital (DINc), une maladie causée par une perte de fonction du récepteur. À l’opposé, trois mutations découvertes récemment induisent un gain de fonction du V2R, et sont la cause du syndrome néphrogénique de l’anti-diurèse inappropriée (NSIAD). Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les bases moléculaires responsables de la perte ou du gain de fonction des récepteurs mutants associés à ces deux maladies. Dans plus de 50% des cas, les mutations faux-sens affectent négativement l’adoption d’une conformation native par le V2R, provoquant la reconnaissance et la rétention intracellulaire des mutants par le système de contrôle de qualité du réticulum endoplasmique. Nos résultats ont démontré que l’interaction entre les récepteurs mutants et le chaperon moléculaire calnexine est dépendante de N-glycosylation et que sa durée varie en fonction de la mutation. De plus, l’importance de cette modification co-traductionnelle et des interactions lectines-sucres dans le processus de maturation d’un mutant donné s’est avérée une caractéristique intrinsèque, puisque l’absence de N-glycosylation n’a pas affecté le mutant Y128S (phénotype léger) tandis que la maturation du mutant W164S (phénotype sévère) a été totalement abolie. Nos résultats suggèrent aussi que l’action des chaperons pharmacologiques (CP), molécules favorisant la maturation des mutants du V2R, peut survenir à différentes étapes au cours du processus de maturation, selon le mutant réchappé. Ces différences entre muta nts suggèrent des processus biosynthétiques ‘personnalisés’ dictés par la nature de la mutation impliquée et pourraient expliquer la différence de sévérité des manifestations cliniques chez les patients porteurs de ces mutations. Bien qu’une récupération de fonction ait été obtenue pour les mutants Y128S et W164S par un traitement au CP, il n’en est pas de même pour toutes les mutations occasionnant un défaut conformationnel. C’est ce que nous avons démontré pour le mutant V88M, affligé de deux défauts, soit une faible efficacité de maturation combinée à une basse affinité pour l’AVP. Dans ce cas, et malgré une augmentation du nombre de récepteurs mutants la surface cellulaire, la diminution de l’affinité apparente du récepteur mutant pour l’AVP a été exacerbée par la présence résiduelle de CP à son site de liaison, rendant impossible l’activation du récepteur aux concentrations physiologiques d’AVP. Les mutants R137C et R137L ont une activité constitutive élevée et mènent au NSIAD tandis que la substitution de cette même arginine par une histidine (R137H) mène au DINc. Ces trois mutants se sont avéré partager plusieurs caractéristiques, dont une efficacité de maturation réduite et une désensibilisation spontanée élevée. La seule différence iden tifiée entre ces mutants est leur niveau d’activité constitutive. Le CP utilisé dans nos études possède aussi la propriété d’agoniste inverse, mais n’a pourtant pas diminué l’activité constitutive des mutants R137C/L, suggérant une conformation active ‘figée’. Seul l’effet chaperon a été observé, entraînant la hausse de récepteurs à la surface cellulaire, qui se traduit par une augmentation de la production de second messager. Nous avons par contre suggéré l’utilisation d’AVP puisqu’il favorise l’endocytose des récepteurs R137/L sans promouvoir leur activation, diminuant ainsi le nombre de récepteurs actifs à la surface cellulaire. Nous avons identifié la première mutation occasionnant un gain de fonction du V2R qui n’implique pas l’arginine 137. Le mutant F229V a une activité constitutive élevée et, contrairement aux R137C et R137L, il n’est pas sujet à une désensibilisation spontanée accrue. L’observation que des agonistes inverses sont aptes à inhiber l’activité constitutive de ce nouveau mutant est une découverte importante puisque l’insuccès obtenu avec les mutations précédentes suggérait que ces molécules n’étaient pas utiles pour le traitement du NSIAD. Considérés globalement, ces travaux illustrent le caractère particulier des formes mutantes du V2R et l’importance de bien cerner les conséquences fonctionnelles des mutations afin d’apporter aux patients atteints de DINc ou NSIAD une thérapie personnalisée, et de développer de nouveaux agents thérapeutiques adaptés aux besoins.

La contribution du récepteur B1 des kinines dans les complications diabétiques chez le rat traité au glucose, un modèle de résistance à l'insuline

Les kinines agissent sur deux types de récepteurs couplés aux protéines G, nommés B1 et B2, lesquels jouent un rôle important dans le contrôle cardiovasculaire, la nociception et l’inflammation. Nous considérons l’hypothèse que le récepteur B1 des kinines est induit et contribue aux complications diabétiques, incluant l’hypertension artérielle, les polyneuropathies sensorielles, l’augmentation du stress oxydatif vasculaire, l’inflammation vasculaire et l’obésité chez le rat traité au D-glucose (10% dans l’eau de boisson) pendant 8 ou 12 semaines. Dans ce modèle de résistance à l’insuline, nous avons évalué les effets d’un traitement pharmacologique d’une semaine avec un antagoniste du récepteur B1 des kinines, le SSR240612 (10 mg/kg/jr). Les résultats montrent que le SSR240612 renverse l’hypertension, l’allodynie tactile et au froid, la production de l’anion superoxyde et la surexpression de plusieurs marqueurs inflammatoires dans l’aorte (iNOS, IL-1β, macrophage (CD68, CD11), ICAM-1, E-selectine, MIF ainsi que le B1R) et dans les adipocytes (iNOS, IL-1β, TNF-α et macrophage CD68). De plus, le SSR240612 corrige la résistance à l’insuline, les anomalies du profil lipidique plasmatique et le gain de poids et de masse adipeuse. Ces données supportent l’implication des kinines dans les complications diabétiques dans un modèle animal de résistance à l’insuline et suggèrent que le récepteur B1 est une cible thérapeutique potentielle dans le diabète et l’obésité.