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. 

Caractérisation de l'anatomie et de la fonction du système endocannabinoïde dans la rétine adulte

Au cours des dernières années, un intérêt grandissant concernant les rôles physiologiques des endocannabinoïdes (eCBs) a été observé. Le système eCB est une cible attrayante pour la modulation du système immunitaire et de la douleur périphérique. Bien que le récepteur CB1 soit distribué dans le système nerveux, le récepteur CB2 est traditionnellement associé au système immunitaire. Ce dogme fait maintenant l’objet d’un débat depuis la découverte de l’expression du récepteur CB2 dans certains neurones. La rétine est un modèle important pour l’étude de processus neuronaux. La présence du récepteur CB1 y a été démontrée. Des études fonctionnelles rapportent que l’activation des récepteurs cannabinoïdes affecte le fonctionnement de plusieurs cellules rétiniennes. À ce jour, aucune étude ne s’est intéressée au rôle global des récepteurs CB1 et CB2 dans la rétine. Nous avons investigué les conséquences de l’élimination du récepteur CB1 (cnr1-/-) ou du récepteur CB2 (cnr2-/-) sur la fonction rétinienne mesurée par électrorétinographie. Nous avons également caractérisé la distribution du récepteur CB2 dans la rétine. Pour ce faire, nous avons comparé la spécificité de plusieurs anticorps dirigés contre le récepteur CB2. Seulement l’un des anticorps testés a montré une spécificité satisfaisante. Il a permis de détecter la présence du récepteur CB2 dans les cônes, les bâtonnets, les cellules horizontales, amacrines, bipolaires et ganglionnaires. Nos résultats d’électrorétinographie indiquent que seules les souris cnr2-/- présentent une amplitude accrue de l’onde a des ERG, en conditions scotopiques. En conditions photopiques, l’amplitude de l’onde b des souris cnr2-/- montre un schéma d’adaptation à la lumière différent des autres groupes. Aucun effet significatif n’a été observé chez les animaux cnr1-/-. Ces résultats permettent de conclure que les récepteurs CB1 et CB2 jouent des rôles différents dans le traitement visuel et que le récepteur CB2 semble être impliqué dans l’établissement des réponses rétiniennes.

Régulation du complexe constitutif formé par le récepteur opioïde delta et le canal potassique de la famille Kir3

Les opioïdes sont les analgésiques les plus efficaces dans le traitement des douleurs sévères. Ils produisent leurs effets en ciblant spécifiquement les récepteurs opioïdes localisés tout le long de la voie de perception de la douleur où ils modulent la transmission de l'information douloureuse. La plupart des études dans ce domaine essaient de caractériser les récepteurs opioïdes à l'état isolé de tout partenaire de signalisation. Cette thèse, par contre, montre que le récepteur opioïde delta (DOR) peut former un complexe avec sa protéine G et l'un de ses effecteurs impliqués dans la production de l'effet analgésique, le canal potassique à rectification entrante activée par les protéines G (Kir3 ou GIRK). Après avoir établi la présence de ce complexe constitutif, on a ensuite caractérisé sa stabilité, modulation et régulation suite à une stimulation avec des agonistes opioïdes. En premier lieu, on a caractérisé la transmission de l'information du récepteur DOR, suite à son activation par un agoniste, vers le canal Kir3. On a remarqué que cette transmission ne suit pas le modèle de collision, généralement accepté, mais nécessite plutôt un simple changement dans la conformation du complexe préformé. Ensuite, on a déterminé que même suite à l'activation prolongée du récepteur DOR par un agoniste complet, le complexe DOR/Kir3 maintenait son intégrité et a été reconnu par la βarrestine (βarr) comme une seule unité signalétique provoquant ainsi l'internalisation de DOR et Kir3 par un mécanisme clathrine et dynamine-dépendant. Ainsi, prises ensemble, ces données montrent que l'activation du récepteur DOR déclenche non seulement l'activation de l'effecteur Kir3 mais également un mécanisme de régulation qui élimine cet effecteur de la membrane plasmique.

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

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

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.

Oligomers of D-2 dopamine receptors - Evidence from ligand binding

There is increasing evidence that G protein-coupled receptors form oligomers and that this might be important for their function. We have studied this phenomenon for the D-2 dopamine receptor and have shown-using a variety of biochemical and biophysical techniques-that this receptor forms dimers or higher-order oligomers. Using ligand-binding studies, we have also found evidence that this oligomer formation has functional relevance. Thus, for the receptor expressed in either CHO cells or Sf 9 insect cells, the binding properties of several radioligands (in saturation, competition, and dissociation assays) do not conform to those expected for a monomeric receptor with a single binding site. We propose that the receptors exist in oligomers with homotropic and heterotropic negatively cooperative interactions between ligands.

Neurokinin-B transcription in erythroid cells - Direct activation by the hematopoietic transcription factor GATA-1

The GATA family of transcription factors establishes genetic networks that control developmental processes including hematopoiesis, vasculogenesis, and cardiogenesis. We found that GATA-1 strongly activates transcription of the Tac-2 gene, which encodes proneurokinin-B, a precursor of neurokinin-B (NK-B). Neurokinins function through G protein-coupled transmembrane receptors to mediate diverse physiological responses including pain perception and the control of vascular tone. Whereas an elevated level of NK-B was implicated in pregnancy-associated pre-eclampsia ( Page, N. M., Woods, R. J., Gardiner, S. M., Lomthaisong, K., Gladwell, R. T., Butlin, D. J., Manyonda, I. T., and Lowry, P. J. ( 2000) Nature 405, 797 - 800), the regulation of NK-B synthesis and function are poorly understood. Tac-2 was expressed in normal murine erythroid cells and was induced upon ex vivo erythropoiesis. An estrogen receptor fusion to GATA-1 (ER-GATA-1) and endogenous GATA-1 both occupied a region of Tac-2 intron-7, which contains two conserved GATA motifs. Genetic complementation analysis in GATA-1-null G1E cells revealed that endogenous GATA-2 occupied the same region of intron-7, and expression of ER-GATA-1 displaced GATA-2 and activated Tac-2 transcription. Erythroid cells did not express neurokinin receptors, whereas aortic and yolk sac endothelial cells differentially expressed neurokinin receptor subtypes. Since NK-B induced cAMP accumulation in yolk sac endothelial cells, these results suggest a new mode of vascular regulation in which GATA-1 controls NK-B synthesis in erythroid cells.

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.

Investigation of the mechanism of agonist and inverse agonist action at D-2 dopamine receptors

This study investigated, for the D-2 dopamine receptor, the relation between the ability of agonists and inverse agonists to stabilise different states of the receptor and their relative efficacies. K-i values for agonists were determined in competition, versus the binding of the antagonist [H-3]spiperone. Competition data were fitted best by a two-binding site model (with the exception of bromocriptine, for which a one-binding site model provided the best fit) and agonist affinities for the higher (K-h) (G protein-coupled) and lower affinity (K-l) (G protein-uncoupled) sites determined. Ki values for agonists were also determined in competition versus the binding of the agonist [H-3]N-propylnorapomorphine (NPA) to provide a second estimate of K-h,. Maximal agonist effects (E-max) and their potencies (EC50) were determined from concentration-response curves for agonist stimulation of guanosine-5'-O-(3-[S-32] thiotriphosphate) ([S-35]GTPgammaS) binding. The ability of agonists to stabilise the G protein-coupled state of the receptor (K-l/K-h, determined from ligand-binding assays) did not correlate with either of two measures of relative efficacy (relative E-max, Kl/EC50) of agonists determined in [S-35]GTPgammaS-binding assays, when the data for all of the compounds tested were analysed For a subset of compounds, however, there was a relation between K-l/K-h and E-max.. Competition-binding data versus [H-3]spiperone and [H-3]NPA for a range of inverse agonists were fitted best by a one-binding site model. K-i values for the inverse agonists tested were slightly lower in competition versus [H-3]NPA compared to [H-3]spiperone. These data do not provide support for the idea that inverse agonists act by binding preferentially to the ground state of the receptor. (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Oligomers of D-2 dopamine receptors: evidence from ligand binding

There is increasing evidence that G protein-coupled receptors form oligomers and that this might be important for their function. We have studied this phenomenon for the D-2 dopamine receptor and have shown-using a variety of biochemical and biophysical techniques-that this receptor forms dimers or higher-order oligomers. Using ligand-binding studies, we have also found evidence that this oligomer formation has functional relevance. Thus, for the receptor expressed in either CHO cells or Sf 9 insect cells, the binding properties of several radioligands (in saturation, competition, and dissociation assays) do not conform to those expected for a monomeric receptor with a single binding site. We propose that the receptors exist in oligomers with homotropic and heterotropic negatively cooperative interactions between ligands

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.

Novel endogenous peptide agonists of cannabinoid receptors

Hemopressin (Hp), a 9-residue alpha-hemoglobin-derived peptide, was previously reported to function as a CB(1) cannabinoid receptor antagonist (1). In this study, we report that mass spectrometry (MS) data from peptidomics analyses of mouse brain extracts identified N-terminally extended forms of Hp containing either three (RVD-Hp alpha) or two (VD-Hp alpha) additional amino acids, as well as a beta-hemoglobinderived peptide with sequence similarity to that of hemopressin (VD-Hp beta). Characterization of the alpha-hemoglobin-derived peptides using binding and functional assays shows that in contrast to Hp, which functions as a CB(1) cannabinoid receptor antagonist, both RVD-Hp alpha and VD-Hp alpha function as agonists. Studies examining the increase in the phosphorylation of ERK1/2 levels or release of intracellular Ca(2+) indicate that these peptides activate a signal transduction pathway distinct from that activated by the endo-cannabinoid, 2-arachidonoylglycerol, or the classic CB(1) agonist, Hu-210. This finding suggests an additional mode of regulation of endogenous cannabinoid receptor activity. Taken together, these results suggest that the CB(1) receptor is involved in the integration of signals from both lipid-and peptide-derived signaling molecules.-Gomes, I., Grushko, J. S., Golebiewska, U., Hoogendoorn, S., Gupta, A., Heimann, A. S., Ferro, E. S., Scarlata, S., Fricker, L. D., Devi, L. A. Novel endogenous peptide agonists of cannabinoid receptors. FASEB J. 23, 3020-3029 (2009). www.fasebj.org

Pyk2 mediates increased adrenergic contractile responses in arteries from DOCA-salt mice - Vasoactive Peptide Symposium

The calcium-dependent proline-rich tyrosine kinase (Pyk2), a nonreceptor protein activated by tyrosine phosphorylation, links G protein-coupled receptors to vascular responses. We tested the hypothesis that enhanced vascular reactivity in deoxycorticosterone acetate (DOCA)-salt hypertensive mice is due to increased activation of Pyk2. Aorta and small mesenteric arteries from DOCA-salt and uninephrectomized (UNI) male C57B1/6 mice were used. Systolic blood pressure (mm Hg) was higher in DOCA (126 +/- 3) vs. UNI (100 +/- 4) mice. Vascular responses to phenylephrine (1 nM to 100 mu M) were greater both in aorta and small mesenteric arteries from DOCA-salt than UNI, but treatment with Tyrphostin A-9 (0.1 mu M, Pyk2 inhibitor) abolished the difference among the groups. Pyk2 levels, as well as phospho-Pyk2(Tyr402), paxillin, and phospho-paxillin(Tyr118) were increased in DOCA-salt aorta. Incubation of vessels with Tyrphostin A-9 restored phosphorylation of Pyk2 and paxillin. Increased activation of Pyk2 contributes to increased vascular contractile responses in DOCA-salt mice. J Am Soc Hypertens 2008;2(6): 431-438. (C) 2008 American Society of Hypertension. All rights reserved.

Positive selection results in frequent reversible amino acid replacements in the G protein gene of human respiratory syncytial virus

Human respiratory syncytial virus (HRSV) is the major cause of lower respiratory tract infections in children under 5 years of age and the elderly, causing annual disease outbreaks during the fall and winter. Multiple lineages of the HRSVA and HRSVB serotypes co-circulate within a single outbreak and display a strongly temporal pattern of genetic variation, with a replacement of dominant genotypes occurring during consecutive years. In the present study we utilized phylogenetic methods to detect and map sites subject to adaptive evolution in the G protein of HRSVA and HRSVB. A total of 29 and 23 amino acid sites were found to be putatively positively selected in HRSVA and HRSVB, respectively. Several of these sites defined genotypes and lineages within genotypes in both groups, and correlated well with epitopes previously described in group A. Remarkably, 18 of these positively selected tended to revert in time to a previous codon state, producing a flipflop phylogenetic pattern. Such frequent evolutionary reversals in HRSV are indicative of a combination of frequent positive selection, reflecting the changing immune status of the human population, and a limited repertoire of functionally viable amino acids at specific amino acid sites.