Casein Kinase 1γ Ensures Monopolar Growth Polarity under Incomplete DNA Replication Downstream of Cds1 and Calcineurin in Fission Yeast.

Cell polarity is essential for various cellular functions during both proliferative and developmental stages, and it displays dynamic alterations in response to intracellular and extracellular cues. However, the molecular mechanisms underlying spatiotemporal control of polarity transition are poorly understood. Here, we show that fission yeast Cki3 (a casein kinase 1γ homolog) is a critical regulator to ensure persistent monopolar growth during S phase. Unlike the wild type, cki3 mutant cells undergo bipolar growth when S phase is blocked, a condition known to delay transition from monopolar to bipolar growth (termed NETO [new end takeoff]). Consistent with this role, Cki3 kinase activity is substantially increased, and cells lose their viability in the absence of Cki3 upon an S-phase block. Cki3 acts downstream of the checkpoint kinase Cds1/Chk2 and calcineurin, and the latter physically interacts with Cki3. Autophosphorylation in the C terminus is inhibitory toward Cki3 kinase activity, and calcineurin is responsible for its dephosphorylation. Cki3 localizes to the plasma membrane, and this localization requires the palmitoyltransferase complex Erf2-Erf4. Membrane localization is needed not only for proper NETO timing but also for Cki3 kinase activity. We propose that Cki3 acts as a critical inhibitor of cell polarity transition under S-phase arrest.

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.

HIV-1 Capture and Transmission by Dendritic Cells: The Role of Viral Glycolipids and the Cellular Receptor Siglec-1

Dendritic cells (DCs) are essential in order to combat invading viruses and trigger antiviral responses. Paradoxically, in the case of HIV-1, DCs might contribute to viral pathogenesis through trans-infection, a mechanism that promotes viral capture and transmission to target cells, especially after DC maturation. In this review, we highlight recent evidence identifying sialyllactosecontaining gangliosides in the viral membrane and the cellular lectin Siglec-1 as critical determinants for HIV-1 capture and storage by mature DCs and for DC-mediated trans-infection of T cells. In contrast, DC-SIGN, long considered to be the main receptor for DC capture of HIV-1, plays a minor role in mature DC-mediated HIV-1 capture and trans-infection.

Targeting striatal metabotropic glutamate receptor type 5 in Parkinson's disease: bridging molecular studies and clinical trials

Metabotropic glutamate (mGlu) receptors are G protein-coupled receptors expressed primarily on neurons and glial cells modulating the effects of glutamatergic neurotransmission. The pharmacological manipulation of these receptors has been postulated to be valuable in the management of some neurological disorders. Accordingly, the targeting of mGlu5 receptors as a therapeutic approach for Parkinson's disease (PD) has been proposed, especially to manage the adverse symptoms associated to chronic treatment with classical PD drugs. Thus, the specific pharmacological blocking of mGlu5 receptors constitutes one of the most attractive non-dopaminergic-based strategies for PD management in general and for the L-DOPA-induced diskynesia (LID) in particular. Overall, we provide here an update of the current state of the art of these mGlu5 receptor-based approaches that are under clinical study as agents devoted to alleviate PD symptoms.

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.

The insulin receptor substrate 1 associates with phosphotyrosine phosphatase SHPTP2 in liver and muscle of rats

Insulin stimulates the tyrosine kinase activity of its receptor resulting in the phosphorylation of its cytosolic substrate, insulin receptor substrate-1 (IRS-1) which, in turn, associates with proteins containing SH2 domains. It has been shown that IRS-1 associates with the tyrosine phosphatase SHPTP2 in cell cultures. While the effect of the IRS-1/SHPTP2 association on insulin signal transduction is not completely known, this association may dephosphorylate IRS-1 and may play a critical role in the mitogenic actions of insulin. However, there is no physiological demonstration of this pathway of insulin action in animal tissues. In the present study we investigated the ability of insulin to induce association between IRS-1 and SHPTP2 in liver and muscle of intact rats, by co-immunoprecipitation with anti-IRS-1 antibody and anti-SHPTP2 antibody. In both tissues there was an increase in IRS-1 association with SHPTP2 after insulin stimulation. This association occurred when IRS-1 had the highest level of tyrosine phosphorylation and the decrease in this association was more rapid than the decrease in IRS-1 phosphorylation levels. The data provide evidence against the participation of SHPTP2 in IRS-1 dephosphorylation in rat tissues, and suggest that the insulin signal transduction pathway in rat tissues is related mainly to the mitogenic effects of the hormone.

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.

Assemblage oligomérique des récepteurs couplés aux protéines G avec les RAMPs

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) constituent la plus grande classe de récepteurs membranaires impliqués dans la transmission des signaux extracellulaires. Traditionnellement, la transmission de la signalisation par les RCPGs implique l’activation d’une protéine G hétéro-trimérique qui pourra à son tour moduler l’activité de divers effecteurs intracellulaires. Ce schéma classique de signalisation s’est complexifié au fils des années et l’on sait maintenant qu’en plus d’interagir avec les protéines G, les RCPGs s’associent avec une panoplie d’autres protéines afin de transmettre adéquatement les signaux extracellulaires. En particulier, la découverte d’une famille de protéines transmembranaires modulant la fonction des RCPGs, baptisées protéines modifiant l’activité des récepteurs (« receptor activity-modifying proteins » ; RAMPs), a changé la façon de concevoir la signalisation par certains RCPGs. Dans le cas du récepteur similaire au récepteur de la calcitonine (« calcitonin-like receptor » ; CLR), l’association avec les RAMPs permet l’acheminement à la surface cellulaire du récepteur tout en modulant ses propriétés pharmacologiques. Lorsqu’il est associé avec RAMP1, le CLR fonctionne comme un récepteur du peptide relié au gène de la calcitonine (« calcitonin gene-related peptide » ; CGRP), alors qu’il devient un récepteur de l’adrénomedulline lorsqu’il interagit avec RAMP2 ou RAMP3. D’autre part, en plus d’interagir avec des protéines accessoires transmembranaires telles les RAMPs, les RCPGs peuvent aussi s’associer entre eux pour former des oligomères de récepteurs. Dans cette thèse, nous nous sommes penchés sur les interactions entre les RCPGs et les RAMPs, et plus particulièrement sur l’interrelation entre ce type d’association RCPG/RAMP et l’assemblage en oligomères de récepteurs, en utilisant le récepteur du CGRP comme modèle d’étude. Une première étude nous a tout d’abord permis de confirmer l’interaction entre le récepteur CLR et RAMP1, dans un contexte de cellules vivantes. Nous avons démontré que ce complexe CLR/RAMP1 active la protéine G et recrute la protéine de signalisation -arrestine suite à une stimulation par le CGRP. Ensuite, nous avons déterminé que même s’il doit obligatoirement former un hétéro-oligomère avec les RAMPs pour être actif, le CLR conserve malgré tout sa capacité à interagir avec d’autres RCPGs. En plus d’observer la présence d’homo-oligomère de CLR, nous avons constaté que tout comme les RCPGs, les RAMPs peuvent eux-aussi s’associer entre eux pour former des complexes oligomériques pouvant comprendre différents sous-types (RAMP1/RAMP2 et RAMP1/RAMP3). Cette observation de la présence d’homo-oligomères de CLR et de RAMP1, nous a amené à nous questionner sur la stœchiométrie d’interaction du complexe CLR/RAMP1. Dans une deuxième étude ayant pour but d’établir la composition moléculaire du récepteur CGRP1 in vivo, nous avons développé une nouvelle approche permettant l’étude de l’interaction entre trois protéines dans un contexte de cellules vivantes. Cette technique baptisée BRET/BiFC, est basée sur le transfert d’énergie de résonance de bioluminescence entre un donneur luminescent, la Renilla luciférase, et un accepteur fluorescent, la protéine fluorescente jaune (YFP), reconstituée suite au ré-assemblage de ces deux fragments. En utilisant cette approche, nous avons pu déterminer que le récepteur CGRP1 est constitué d’un homo-oligomère de CLR interagissant avec un monomère de RAMP1. En démontrant un assemblage oligomérique asymétrique pour le récepteur CGRP1 à partir d’une nouvelle approche biophysique, nous croyons que les travaux présentés dans cette thèse ont contribué à élargir nos connaissances sur le fonctionnement de la grande famille des RCPGs, et seront utile à la poursuite des recherches sur les complexes protéiques impliqués dans la signalisation.

Intracellular trafficking of protease : Activated Receptor 2 (PAR2) by members of sorting nexins family

Le dogme voulant que les récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs) activent des voies de signalisation seulement lorsqu’ils sont localisés à la membrane plasmatique, a récemment été remis en question. Des données récentes indiquent que certains GPCRs peuvent également induire une réponse intracellulaire à partir des compartiments intracellulaires dont le noyau. Les récepteurs activés par la protéase (PAR) sont des membres de la famille GPCR. Les PARs sont activés par le clivage de la partie N–terminale du récepteur ce qui permet au ligand attaché sur le récepteur de se lier à sa poche réceptrice. Quatre PARs ont été décrits : PAR1, PAR2, PAR3 et PAR4. PAR2 peut susciter des effets mitogéniques et participer aux processus comme l’angiogenèse et l'inflammation. Alors que beaucoup d'effets intracellulaires de PAR2 peuvent être expliqués lorsqu’il est localisé à la membrane plasmatique, une fonction intracrine de PAR2 a aussi été proposée. Pourtant les mécanismes par lesquels PAR2 peut provoquer l’expression de gènes ciblés sont toujours inconnus. Le but de notre étude était de vérifier l’existence d’une population nucléaire de PAR2. Nous avons également émis l’hypothèse que les voies activées par l’activation de PAR2 dépendent de sa localization cellulaire. En utilisant des techniques de microscopie confocale et de "Western Blot" nous avons démontré la présence d’une population nucléaire de PAR2. À la suite de la stimulation de PAR2, nous avons observé une augmentation de la translocation du récepteur de la membrane plasmatique au noyau. En utilisant la technique de "RT – PCR", nous avons observé des rôles différents de PAR2 à la surface de la cellule et du noyau dans l’initiation de l’expression des gènes. Afin d’identifier les mécanismes responsables de la translocation nucléaire de PAR2, nous avons évalué l’implication des membres de la famille de "Sorting Nexins (SNX)" dans la translocation nucléaire de PAR2. "Sorting Nexins" est un groupe de protéines avec des fonctions de transport bien établies. SNX1 et SNX2 ont été identifiés comme responsables du transfert de PAR1 vers les lysosomes. SNX11 n'a pas encore été étudié et nous avons émis l’hypothèse qu'il pourrait être un autre membre de la famille des SNX impliqué dans la signalisation de PAR2. Pour ce faire, nous avons développé des "knockdowns" stables pour SNX1, SNX2 et SNX11 dans les cellules HEK293. En utilisant les essais d’immunofluorescence, "Western Blot" et de cytométrie en flux, nous avons déterminé que tous les trois membres du groupe SNX sont des partenaires d'interaction de PAR2. Toutefois, seul SNX11 se co-localise avec son partenaire au noyau et est responsable de sa translocation nucléaire. Les expériences de "RT - PCR" sur les lignées de cellule de SNXs "knockdowns" ont démontré que la fonction de PAR2 nucléaire dépend surtout de SNX11; néanmoins SNX1 et SNX2 peuvent aussi l’influencer, suggérant qu'ils font aussi partie du réseau signalétique de PAR2. En conclusion, PAR2 est déplacé de la membrane plasmatique à la membrane nucléaire après sa stimulation avec un agoniste. La translocation nucléaire de PAR2 par un mécanisme impliquant SNX11, initie des effets intracellulaires différents de sa signalisation membranaire. Mots clés : récepteurs couplés à la protéine G, “Sorting Nexins”, récepteurs activés par la protéase, translocation nucléaire, membrane nucléaire, signal nucléaire.

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.

Localisation, mécanisme d’induction et rôle physiopathologique du récepteur B1 des kinines dans de modèles expérimentaux de douleur chez le rat

Les kinines sont des peptides neuro- et vaso- actifs impliqués dans les processus hémodynamiques, inflammatoires et douloureux. Leurs effets biologiques sont produits par l’entremise de deux types de récepteurs couplés aux protéines G, soit B1 (B1R) et B2 (B2R). Le B1R est inductible, son expression est augmentée à la suite d’un dommage tissulaire ou de l’exposition à des endotoxines bactériennes (lipopolysaccharide bactérien (LPS)), à des cytokines pro-inflammatoires (interleukine-1β (IL-1β), facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α)) ou à des espèces réactives oxygénées (ROS). Les travaux présentés dans cette thèse avaient pour objectif d’élucider et/ou de raffiner les connaissances sur 1) la localisation, 2) le mécanisme d’induction et 3) le rôle physiopathologique du B1R dans des modèles expérimentaux de douleur chez le rat. Nos données ont permis de démontrer pour la première fois que le B1R est augmenté de façon significative dans la moelle épinière du rat diabétique de type 1 où il est localisé sur les fibres sensorielles de type C, les astrocytes et les cellules de la microglie (1er article). Également, l’inhibition de l’activation des cellules de la microglie supprime les neuropathies diabétiques, l’expression de médiateurs pro-inflammatoires ainsi que l’activité pro-nociceptive du B1R (2e et 3e articles). Finalement, nous avons démontré que la stimulation systémique du TRPV1 par la capsaïcine induit une surexpression du B1R au niveau microgliale, via un mécanisme impliquant l’augmentation de la production de ROS et possiblement de cytokines (4e article). Ces données nous permettent de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l’expression et l’activité du B1R. Aussi, elles nous permettent d’imaginer de nouvelles stratégies pour prévenir l’induction du B1R (inhibition du TRPV1) ou son activité délétère (inhibition de l’activation des cellules de la microglie) dans la douleur inflammatoire et neuropathique. 

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.

Mechanisms of inverse agonist action at D-2 dopamine receptors

1 Mechanisms of inverse agonist action at the D-2(short) dopamine receptor have been examined. 2 Discrimination of G-protein-coupled and -uncoupled forms of the receptor by inverse agonists was examined in competition ligand-binding studies versus the agonist [H-3]NPA at a concentration labelling both G-protein-coupled and -uncoupled receptors. 3 Competition of inverse agonists versus [H-3] NPA gave data that were fitted best by a two-binding site model in the absence of GTP but by a one-binding site model in the presence of GTP. K-i values were derived from the competition data for binding of the inverse agonists to G-protein-uncoupled and -coupled receptors. K-coupled and K-uncoupled were statistically different for the set of compounds tested ( ANOVA) but the individual values were different in a post hoc test only for (+)-butaclamol. 4 These observations were supported by simulations of these competition experiments according to the extended ternary complex model. 5 Inverse agonist efficacy of the ligands was assessed from their ability to reduce agonist-independent [S-35]GTPγ S binding to varying degrees in concentration-response curves. Inverse agonism by (+)-butaclamol and spiperone occurred at higher potency when GDP was added to assays, whereas the potency of (-)-sulpiride was unaffected. 6 These data show that some inverse agonists ((+)-butaclamol, spiperone) achieve inverse agonism by stabilising the uncoupled form of the receptor at the expense of the coupled form. For other compounds tested, we were unable to define the mechanism.

Mechanisms of agonist action at D-2 dopamine receptors

In this study, we investigated the biochemical mechanisms of agonist action at the G protein-coupled D-2 dopamine receptor expressed in Chinese hamster ovary cells. Stimulation of guanosine 5'-O-(3-[S-35]thio) triphosphate ([S-35]GTPgammaS) binding by full and partial agonists was determined at different concentrations of [S-35]GTPgammaS (0.1 and 10 nM) and in the presence of different concentrations of GDP. At both concentrations of [S-35]GTPgammaS, increasing GDP decreased the [S-35]GTPgammaS binding observed with maximally stimulating concentrations of agonist, with partial agonists exhibiting greater sensitivity to the effects of GDP than full agonists. The relative efficacy of partial agonists was greater at the lower GDP concentrations. Concentration-response experiments were performed for a range of agonists at the two [S-35]GTPgammaS concentrations and with different concentrations of GDP. At 0.1 nM [S-35]GTPgammaS, the potency of both full and partial agonists was dependent on the GDP concentration in the assays. At 10 nM [S-35]GTPgammaS, the potency of full agonists exhibited a greater dependence on the GDP concentration, whereas the potency of partial agonists was virtually independent of GDP. We concluded that at the lower [S-35]GTPgammaS concentration, the rate-determining step in G protein activation is the binding of [S-35]GTPgammaS to the G protein. At the higher [S-35]GTPgammaS concentration, for full agonists, [S-35]GTPgammaS binding remains the slowest step, whereas for partial agonists, another (GDP-independent) step, probably ternary complex breakdown, becomes rate-determining.