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.

Angiotensin II-mediated vascular smooth muscle cell growth signaling

The mechanism by which Ang II stimulates the growth of vascular smooth muscle cells was investigated by measuring the phosphorylation of mitogen-activated protein kinases ERK 1 and ERK 2. Ca2+ ionophore was found to have effects practically analogous to Ang II. We found that the signaling pathway involves the activation of epidermal growth factor receptor (EGFR) kinase, activation of the adaptor proteins Shc and Grb2, and the small G-protein Ras. Although the mechanism of AT1- (or Ca2+)-induced activation of EGFR is not yet clear, we have found that calcium-dependent protein kinase CAKß/PYK2 and c-Src are involved in this process. These studies indicate a transactivation mechanism that utilizes EGFR as a bridge between a Gq-coupled receptor and activation of phosphotyrosine generation.

Obese women on a low energy rice and bean diet: effects of leucine, arginine or glycine supplementation on protein turnover

This study examined if leucine, arginine or glycine supplementation in adult obese patients (body mass index of 33 ± 4 kg/m²) consuming a Brazilian low energy and protein diet (4.2 MJ/day and 0.6 g protein/kg) affects protein and amino acid metabolism. After four weeks adaptation to this diet, each subject received supplements of these amino acids (equivalent to 0.2 g protein kg-1 day-1) in random order. On the seventh day of each amino acid supplementation, a single-dose 15N-glycine study was carried out. There were no significant differences in protein flux, synthesis or breakdown. The protein flux (grams of nitrogen, gN/9 h) was 55 ± 24 during the nonsupplemented diet intake and 39 ± 10, 44 ± 22 and 58 ± 35 during the leucine-, glycine- and arginine-supplemented diet intake, respectively; protein synthesis (gN/9 h) was 57 ± 24, 36 ± 10, 41 ± 22 and 56 ± 36, respectively; protein breakdown (gN/9 h) was 51 ± 24, 34 ± 10, 32 ± 28 and 53 ± 35, respectively; kinetic balance (gN/9 h) was 3.2 ± 1.8, 4.1 ± 1.7, 3.4 ± 2.9 and 3.9 ± 1.6. There was no difference in amino acid profiles due to leucine, arginine or glycine supplementation. The present results suggest that 0.6 g/kg of dietary protein is enough to maintain protein turnover in obese women consuming a reduced energy diet and that leucine, arginine or glycine supplementation does not change kinetic balance or protein synthesis.

GLUT4 protein expression in obese and lean 12-month-old rats: insights from different types of data analysis

GLUT4 protein expression in white adipose tissue (WAT) and skeletal muscle (SM) was investigated in 2-month-old, 12-month-old spontaneously obese or 12-month-old calorie-restricted lean Wistar rats, by considering different parameters of analysis, such as tissue and body weight, and total protein yield of the tissue. In WAT, a ~70% decrease was observed in plasma membrane and microsomal GLUT4 protein, expressed as µg protein or g tissue, in both 12-month-old obese and 12-month-old lean rats compared to 2-month-old rats. However, when plasma membrane and microsomal GLUT4 tissue contents were expressed as g body weight, they were the same. In SM, GLUT4 protein content, expressed as µg protein, was similar in 2-month-old and 12-month-old obese rats, whereas it was reduced in 12-month-old obese rats, when expressed as g tissue or g body weight, which may play an important role in insulin resistance. Weight loss did not change the SM GLUT4 content. These results show that altered insulin sensitivity is accompanied by modulation of GLUT4 protein expression. However, the true role of WAT and SM GLUT4 contents in whole-body or tissue insulin sensitivity should be determined considering not only GLUT4 protein expression, but also the strong morphostructural changes in these tissues, which require different types of data analysis.

Viral membrane fusion: is glycoprotein G of rhabdoviruses a representative of a new class of viral fusion proteins?

Enveloped viruses always gain entry into the cytoplasm by fusion of their lipid envelope with a cell membrane. Some enveloped viruses fuse directly with the host cell plasma membrane after virus binding to the cell receptor. Other enveloped viruses enter the cells by the endocytic pathway, and fusion depends on the acidification of the endosomal compartment. In both cases, virus-induced membrane fusion is triggered by conformational changes in viral envelope glycoproteins. Two different classes of viral fusion proteins have been described on the basis of their molecular architecture. Several structural data permitted the elucidation of the mechanisms of membrane fusion mediated by class I and class II fusion proteins. In this article, we review a number of results obtained by our laboratory and by others that suggest that the mechanisms involved in rhabdovirus fusion are different from those used by the two well-studied classes of viral glycoproteins. We focus our discussion on the electrostatic nature of virus binding and interaction with membranes, especially through phosphatidylserine, and on the reversibility of the conformational changes of the rhabdovirus glycoprotein involved in fusion. Taken together, these data suggest the existence of a third class of fusion proteins and support the idea that new insights should emerge from studies of membrane fusion mediated by the G protein of rhabdoviruses. In particular, the elucidation of the three-dimensional structure of the G protein or even of the fusion peptide at different pH's might provide valuable information for understanding the fusion mechanism of this new class of fusion proteins.

Protein turnover, amino acid requirements and recommendations for athletes and active populations

Skeletal muscle is the major deposit of protein molecules. As for any cell or tissue, total muscle protein reflects a dynamic turnover between net protein synthesis and degradation. Noninvasive and invasive techniques have been applied to determine amino acid catabolism and muscle protein building at rest, during exercise and during the recovery period after a single experiment or training sessions. Stable isotopic tracers (13C-lysine, 15N-glycine, ²H5-phenylalanine) and arteriovenous differences have been used in studies of skeletal muscle and collagen tissues under resting and exercise conditions. There are different fractional synthesis rates in skeletal muscle and tendon tissues, but there is no major difference between collagen and myofibrillar protein synthesis. Strenuous exercise provokes increased proteolysis and decreased protein synthesis, the opposite occurring during the recovery period. Individuals who exercise respond differently when resistance and endurance types of contractions are compared. Endurance exercise induces a greater oxidative capacity (enzymes) compared to resistance exercise, which induces fiber hypertrophy (myofibrils). Nitrogen balance (difference between protein intake and protein degradation) for athletes is usually balanced when the intake of protein reaches 1.2 g·kg-1·day-1 compared to 0.8 g·kg-1·day-1 in resting individuals. Muscular activities promote a cascade of signals leading to the stimulation of eukaryotic initiation of myofibrillar protein synthesis. As suggested in several publications, a bolus of 15-20 g protein (from skimmed milk or whey proteins) and carbohydrate (± 30 g maltodextrine) drinks is needed immediately after stopping exercise to stimulate muscle protein and tendon collagen turnover within 1 h.

The role of Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II and calcineurin in TNF-α-induced myocardial hypertrophy

We investigated whether Ca2+/calmodulin-dependent kinase II (CaMKII) and calcineurin (CaN) are involved in myocardial hypertrophy induced by tumor necrosis factor α (TNF-α). The cardiomyocytes of neonatal Wistar rats (1-2 days old) were cultured and stimulated by TNF-α (100 μg/L), and Ca2+ signal transduction was blocked by several antagonists, including BAPTA (4 µM), KN-93 (0.2 µM) and cyclosporin A (CsA, 0.2 µM). Protein content, protein synthesis, cardiomyocyte volumes, [Ca2+]i transients, CaMKIIδB and CaN were evaluated by the Lowry method, [³H]-leucine incorporation, a computerized image analysis system, a Till imaging system, and Western blot analysis, respectively. TNF-α induced a significant increase in protein content in a dose-dependent manner from 10 µg/L (53.56 µg protein/well) to 100 μg/L (72.18 µg protein/well), and in a time-dependent manner from 12 h (37.42 µg protein/well) to 72 h (42.81 µg protein/well). TNF-α (100 μg/L) significantly increased the amplitude of spontaneous [Ca2+]i transients, the total protein content, cell size, and [³H]-leucine incorporation in cultured cardiomyocytes, which was abolished by 4 µM BAPTA, an intracellular Ca2+ chelator. The increases in protein content, cell size and [³H]-leucine incorporation were abolished by 0.2 µM KN-93 or 0.2 µM CsA. TNF-α increased the expression of CaMKIIδB by 35.21% and that of CaN by 22.22% compared to control. These effects were abolished by 4 µM BAPTA, which itself had no effect. These results suggest that TNF-α induces increases in [Ca2+]i, CaMKIIδB and CaN and promotes cardiac hypertrophy. Therefore, we hypothesize that the Ca2+/CaMKII- and CaN-dependent signaling pathways are involved in myocardial hypertrophy induced by TNF-α.

Participation of cannabinoid receptors in peripheral nociception induced by some NSAIDs

Nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) have been used extensively to control inflammatory pain. Several peripheral antinociceptive mechanisms have been described, such as opioid system and NO/cGMP/KATP pathway activation. There is evidence that the cannabinoid system can also contribute to the in vivo pharmacological effects of ibuprofen and indomethacin. However, there is no evidence of the involvement of the endocannabinoid system in the peripheral antinociception induced by NSAIDs. Thus, the aim of this study was to investigate the participation of the endocannabinoid system in the peripheral antinociceptive effect of NSAIDs. All experiments were performed on male Wistar rats (160-200 g; N = 4 per group). Hyperalgesia was induced by a subcutaneous intraplantar (ipl) injection of prostaglandin E2 (PGE2, 2 μg/paw) in the rat’s hindpaw and measured by the paw pressure test 3 h after injection. The weight in grams required to elicit a nociceptive response, paw flexion, was determined as the nociceptive threshold. The hyperalgesia was calculated as the difference between the measurements made before and after PGE2, which induced hyperalgesia (mean = 83.3 ± 4.505 g). AM-251 (80 μg/paw) and AM-630 (100 μg/paw) were used as CB1 and CB2 cannabinoid receptor antagonists, respectively. Ipl injection of 40 μg dipyrone (mean = 5.825 ± 2.842 g), 20 μg diclofenac (mean = 4.825 ± 3.850 g) and 40 μg indomethacin (mean = 6.650 ± 3.611 g) elicited a local peripheral antinociceptive effect. This effect was not antagonized by ipl CB1 cannabinoid antagonist to dipyrone (mean = 5.00 ± 0.9815 g), diclofenac (mean = 2.50 ± 0.8337 g) and indomethacin (mean = 6.650 ± 4.069 g) or CB2 cannabinoid antagonist to dipyrone (mean = 1.050 ± 6.436 g), diclofenac (mean = 6.675 ± 1.368 g) and indomethacin (mean = 2.85 ± 5.01 g). Thus, cannabinoid receptors do not seem to be involved in the peripheral antinociceptive mechanism of the NSAIDs dipyrone, diclofenac and indomethacin.

Le vieillissement chronologique de Schizosaccharomyces pombe : Implication des voies de détection du glucose

La première augmentation de la longévité en laboratoire fût observée à la suite d’une intervention nutritionnelle consistant en une réduction de l’apport alimentaire chez le rat. Plus tard, ce phénomène a été reproduit dans de très nombreuses espèces et référé en tant que restriction calorique. Le développement des techniques de biologie moléculaire moderne a permis de montrer dans des organismes modèles simples que cette flexibilité du processus de vieillissement était régulée par des facteurs génétiques. De fait, plusieurs mécanismes cellulaires ont alors pu être identifiés comme responsables de ce contrôle du vieillissement. Ces voies de régulation ont révélées être conservées entre les espèces, depuis les levures jusqu’aux organismes multicellulaires tels que le nématode, la mouche ou la souris, suggérant l’existence d’un programme universel de vieillissement dans le vivant. La levure s’est avéré à plusieurs reprises être un modèle puissant et fiable pour la découverte de gènes impliqués dans ce phénomène. Mon étude a consisté au développement d’un nouveau modèle unicellulaire d’étude du vieillissement à travers l’espèce Schizosaccharomyces pombe appelée aussi levure à fission. La première étape de mon travail a montré que les voies de détection des nutriments gouvernées par la sérine/thréonine protéine kinase A (Pka1) et la sérine/thréonine kinase Sck2 contrôlent le vieillissement chronologique de ces cellules comme il était connu dans la levure Saccharomyces cerevisiae. Ceci permit de valider l’utilisation de la levure à fission pour l’étude du vieillissement. Ensuite, nous avons analysé plus en détail l’effet pro-vieillissement du glucose en étudiant le rôle de sa détection par le récepteur membranaire Git3 couplé à la protéine G (Gpa2) en amont de la kinase Pka1. La perte du signal du glucose par la délétion de Git3 imite partiellement l’effet d’augmentation de longévité obtenu par baisse de la concentration en glucose dans le milieu. De plus, l’effet néfaste du signal du glucose est maintenu en absence de tout métabolisme du glucose suite à la mutation des hexokinases, premières enzymes de la glycolyse. L’ensemble de ces résultats suggèrent que la signalisation du glucose est prédominante sur son métabolisme pour son effet pro-vieillissement. D’autre part, à la fois la suppression de cette signalisation et la baisse de niveau de glucose disponible allongent la durée de vie en corrélation avec une augmentation de la résistance au stress, une hausse d’activité mitochondriale et une baisse de production de radicaux libres. Finalement, le criblage d’une banque de surexpression d’ADNc a permis d’identifier plusieurs gènes candidats responsables de ces effets en aval de la voie de signalisation Git3/PKA. La recherche sur les mécanismes moléculaires du vieillissement propose une nouvelle approche, un nouvel angle de vue, pour la compréhension des fonctions cellulaires et promet d’apporter de précieuses clefs pour mieux comprendre certaines maladies. En effet, le vieillissement est la première cause d’apparition de nombreuses affections comme les cancers, les maladies cardiovasculaires et métaboliques ou les maladies neurodégénératives tels que les syndromes d’Alzheimer et de Parkinson.

Couplage du récepteur à sept domaines transmembranaires GABA-B1 aux voies intracellulaires de signalisation en absence de GABA-B2

Le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur du SNC et est impliqué dans le développement du cerveau, la plasticité synaptique et la pathogénèse de maladies telles que l’épilepsie, les troubles de l’anxiété et la douleur chronique. Le modèle actuel de fonctionnement du récepteur GABA-B implique l’hétérodimérisation GABA-B1/B2, laquelle est requise au ciblage à la surface membranaire et au couplage des effecteurs. Il y est cependant des régions du cerveau, des types cellulaires et des périodes du développement cérébral où la sous-unité GABA-B1 est exprimée en plus grande quantité que GABA-B2, ce qui suggère qu’elle puisse être fonctionnelle seule ou en association avec des partenaires inconnus, à la surface cellulaire ou sur la membrane réticulaire. Dans le cadre de cette thèse, nous montrons la capacité des récepteurs GABA-B1 endogènes à activer la voie MAPK-ERK1/2 dans la lignée dérivée de la glie DI-TNC1, qui n’exprime pas GABA-B2. Les mécanismes qui sous-tendent ce couplage demeurent mal définis mais dépendent de Gi/o et PKC. L’immunohistochimie de récepteurs endogènes montre par ailleurs que des anticorps GABA-B1 dirigés contre la partie N-terminale reconnaissent des protéines localisées au RE tandis des anticorps C-terminaux (CT) marquent une protéine intranucléaire. Ces données suggèrent que le domaine CT de GABA-B1 pourrait être relâché par protéolyse. L’intensité des fragments potentiels est affectée par le traitement agoniste tant en immunohistochimie qu’en immunobuvardage de type western. Nous avons ensuite examiné la régulation du clivage par le protéasome en traitant les cellules avec l’inhibiteur epoxomicine pendant 12 h. Cela a résulté en l’augmentation du marquage intranucléaire de GABA-B1-CT et d’un interacteur connu, le facteur de transcription pro-survie ATF-4. Dans des cellules surexprimant GABA-B1-CT, l’induction et la translocation nucléaire d’ATF-4, qui suit le traitement epoxomicine, a complètement été abolie. Cette observation est associée à une forte diminution du décompte cellulaire. Étant donné que les trois derniers résidus de GABA-B1-CT (LYK) codent un ligand pseudo-PDZ et que les protéines à domaines PDZ sont impliquées dans la régulation du ciblage nucléaire et de la stabilité de protéines, en complément de leur rôle d’échaffaud à la surface cellulaire, nous avons muté les trois derniers résidus de GABA-B1-CT en alanines. Cette mutation a complètement annulé les effets de GABA-B1-CT sur l’induction d’ATF-4 et le décompte cellulaire. Cette deuxième série d’expériences suggère l’existence possible de fragments GABA-B1 intranucléaires régulés par le traitement agoniste et le protéasome dans les cellules DI-TNC1. Cette régulation d’ATF-4 dépend des résidus LYK de GABA-B1-CT, qui modulent la stabilité de GABA-B1-CT et favorisent peut-être la formation d’un complexe multiprotéique incluant GABA-B1-CT, ATF-4, de même qu’une protéine d’échaffaudage inconnue. En somme, nous démontrons que les sous-unités GABA-B1 localisées au RE, lorsque non-hétérodimérisées avec GABA-B2, demeurent capables de moduler les voies de signalisation de la prolifération, la différentiation et de la survie cellulaire, via le couplage de protéines G et possiblement la protéolyse régulée. Les mécanismes de signalisation proposés pourraient servir de nouvelle plate-forme dans la compréhension des actions retardées résultant de l’activation des récepteurs 7-TMs.

Étude de la relation entre les conformations et la signalisation des 7TMRs

L’interaction d’un ligand avec un récepteur à sept domaines transmembranaires (7TMR) couplé aux protéines G, mène à l’adoption de différentes conformations par le récepteur. Ces diverses conformations pourraient expliquer l’activation différentielle des voies de signalisation. Or, le lien entre la conformation et l’activité du récepteur n’est pas tout à fait claire. Selon les modèles classiques pharmacologiques, comme le modèle du complexe ternaire, il n’existe qu’un nombre limité de conformations qu’un récepteur peut adopter. Afin d’établir un lien entre la structure et la fonction des récepteurs, nous avons choisi dans un premier temps, le récepteur de chimiokine CXCR4 comme récepteur modèle. Ce dernier, est une cible thérapeutique prometteuse, impliqué dans l’entrée du VIH-1 dans les cellules cibles et dans la dissémination de métastases cancéreuses. Grâce au transfert d’énergie par résonance de bioluminescence (BRET) nous pouvons détecter les changements conformationnels des homodimères constitutifs de CXCR4 dans les cellules vivantes. En conséquence, nous avons mesuré les conformations de mutants de CXCR4 dont les mutations affecteraient sa fonction. Nous montrons que la capacité des mutants à activer la protéine Galphai est altérée suite au traitement avec l’agoniste SDF-1. Notamment, ces mutations altèrent la conformation du récepteur à l’état basal ainsi que la réponse conformationnelle induite suite au traitement avec l’agoniste SDF-1, l’agoniste partiel AMD3100 ou l’agoniste inverse TC14012. Ainsi, différentes conformations de CXCR4 peuvent donner lieu à une activation similaire de la protéine G, ce qui implique une flexibilité des récepteurs actifs qui ne peut pas être expliquée par le modèle du complexe ternaire (Berchiche et al. 2007). Également, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CCR2, exprimé à la surface des cellules immunitaires. Il joue un rôle important dans l’inflammation et dans des pathologies inflammatoires telles que l’asthme. CCR2 forme des homodimères constitutifs et possède différents ligands naturels dont la redondance fonctionnelle a été suggérée. Nous avons étudié le lien entre les conformations et les activations d’effecteurs (fonctions) de CCR2. Notre hypothèse est que les différents ligands naturels induisent différentes conformations du récepteur menant à différentes fonctions. Nous montrons que les réponses de CCR2 aux différents ligands ne sont pas redondantes au niveau pharmacologique et que les chimiokines CCL8, CCL7 et CCL13 (MCP-2 à MCP-4) sont des agonistes partiels de CCR2, du moins dans les systèmes que nous avons étudiés. Ainsi, l’absence de redondance fonctionnelle parmi les chimiokines liant le même récepteur, ne résulterait pas de mécanismes complexes de régulation in vivo, mais ferait partie de leurs propriétés pharmacologiques intrinsèques (Berchiche et al. 2011). Enfin, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CXCR7. Récemment identifié, CXCR7 est le deuxième récepteur cible de la chimiokine SDF-1. Cette chimiokine a été considérée comme étant capable d’interagir uniquement avec le récepteur CXCR4. Notamment, CXCR4 et CXCR7 possèdent un patron d’expression semblable dans les tissus. Nous avons évalué l’effet de l’AMD3100, ligand synthétique de CXCR4, sur la conformation et la signalisation de CXCR7. Nos résultats montrent qu’AMD3100, tout comme SDF-1, lie CXCR7 et augmente la liaison de SDF-1 à CXCR7. Grâce au BRET, nous montrons aussi qu’AMD3100 seul est un agoniste de CXCR7 et qu’il est un modulateur allostérique positif de la liaison de SDF-1 à CXCR7. Aussi, nous montrons pour la première fois le recrutement de la beta-arrestine 2 à CXCR7 en réponse à un agoniste. L’AMD3100 est un ligand de CXCR4 et de CXCR7 avec des effets opposés, ce qui appelle à la prudence lors de l’utilisation de cette molécule pour l’étude des voies de signalisation impliquant SDF-1 (Kalatskaya et al. 2009). En conclusion, nos travaux amènent des évidences qu’il existe plusieurs conformations actives des récepteurs et appuient les modèles de structure-activité des récepteurs qui prennent en considération leur flexibilité conformationnelle.

The Independence of CXCR4’s Pathways, Gαi and β-Arrestin2, and Their Modulation by AMD3100 and TC14012

CXCR4, a chemokine receptor involved in metastasis and homing of hematopoietic stem cells, signals through two major pathways: Gαi and β-arrestin2. β-arrestin2 terminates G-protein signaling and targets the receptor to endocytosis. This project proposed to study the effect of a previously described set of CXCR4 mutants on both these signaling pathways, as well as their localization. These mutants were assayed by different Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET) systems. Using these systems, we confirmed that N119S is a constitutively active mutant (CAM), spontaneously activating Gαi. As well, we found that R134A is a constitutively inactive mutant (CIM), devoided of G-protein signaling, but spontaneously recruiting β-arrestin2. In addition, we studied the dependency of β-arrestin2 recruitment on the Gαi activity. By targeting R134A and N119S with pertussis toxin, an inhibitor of the Gαi activation, we showed efficient blocking of the Gαi pathway, while maintaining the constitutive recruitment of β-arrestin2. This demonstrated that for CXCR4, β-arrestin2 recruitment is independent of the Gαi pathway. Finally, two synthetic ligands of CXCR4, AMD3100 and TC14012 were tested for their ability to recruit β-arrestin2. AMD3100 is a clinically approved drug used for stem cell transplantation, with considerable side effects. We found it to be an antagonist on both Gαi and β-arrestin2 recruitment. On the other hand, TC14012 was found to be an inverse agonist on Gαi and an antagonist on β-arrestin2 recruitment. Based on this finding, it would be preferable to use of TC14012 as it will further reduce any basal Gαi activity, without affecting β-arrestin2 recruitment. These results support the development of TC14012 for stem cell mobilization trials.

Rat protease-activated receptor–1 (rPAR1) expression and characterization in Sf9 cells

Connue pour son rôle dans la cascade de coagulation, la thrombine, une protéase à sérine, peut également agir par l’intermédiaire de PAR1, un récepteur activé par protéase et couplé aux protéines G liant le GTP (GPCR). La thrombine se lie et clive l’extrémité N-terminale du PAR1 entre l’Arg41 et la Ser42, exposant une nouvelle extrémité terminale qui agit elle-même comme un ligand. La thrombine et une séquence peptidique de cinq acides aminés, composée des résidus Ser42 à Arg46, nommée PAR1-AP, déclenchent dans diverses cellules de mammifères une réponse intracellulaire comportant une composante calcique. Dans cette étude, le système d’expression par baculovirus dans les cellules Sf9 d'insecte nous a permis d'exprimer le récepteur PAR1 du rat à la surface de ces cellules et de réaliser son couplage fonctionnel à leur signalisation intracellulaire (modèle rPAR1-Sf9). La composante calcique de celle-ci, en réponse au PAR1-AP, a ensuite été étudiée en détail à l’aide de la sonde fluorescente Fura-2 et de plusieurs inhibiteurs agissant sur les canaux calciques ou d'autres éléments de la cascade de signalisation du calcium intracellulaire. Lorsque le milieu extracellulaire contient du calcium (Ca2+), la thrombine ou PAR1-AP déclenchent un signal calcique qui consiste en une augmentation rapide de [Ca2+]i suivi d’un plateau relativement soutenu, puis d'un retour lent vers le niveau de base initial. En l'absence de Ca2+ dans le milieu extracellulaire, l'augmentation initiale rapide de [Ca2+]i est suivie d'un retour rapide vers le [Ca2+]i de base. À l’aide d’inhibiteurs de canaux calciques, tels que le lanthane, la nifédipine et le D-600, l'entrée du calcium du milieu extracellulaire dans les cellules est inhibée, abolissant le plateau soutenu de [Ca2+]i. L’inhibition de la pompe Ca2+-ATPase par la thapsigargine supprime la réponse au PAR1-AP après épuisement des sites de stockage de Ca2+intracellulaire. Le TMB-8 agit de façon discordante quant à l’inhibition de la libération de Ca2+ des sites de stockage intracellulaires. La réponse à PAR1-AP n’est pas affectée par le D-609, un inhibiteur de la phospholipase β. L’inhibition de la protéine kinase C (PKC) par le bisindolylmaléimide induit des oscillations en présence de Ca2+ extracellulaire et atténue fortement le signal calcique en absence de Ca2+ extracellulaire. En présence de Ca2+ extracellulaire, l’activation de la PKC par le PBDu tronque le flux de [Ca2+]i tandis que la réponse calcique est abolie en absence de Ca2+ dans le milieu extracellulaire. Le H-89, un inhibiteur de la protéine kinase A (PKA), cause une prolongation de la durée du plateau de [Ca2+]i dans un milieu riche en calcium et la suppression de la réponse à PAR1-AP lorsque le milieu extracellulaire est dépourvu de Ca2+. Les résultats obtenus nous permettent de conclure que la PKC et possiblement la PKA jouent un rôle critique dans la mobilisation du Ca2+ induite par le PAR1-AP dans le modèle rPAR1-Sf9.

Effects of Delta9-tetrahydrocannabivarin on [35S]GTPgammaS binding in mouse brain cerebellum and piriform cortex membranes

BACKGROUND AND PURPOSE: We have recently shown that the phytocannabinoid Delta9-tetrahydrocannabivarin (Delta9-THCV) and the CB1 receptor antagonist AM251 increase inhibitory neurotransmission in mouse cerebellum and also exhibit anticonvulsant activity in a rat piriform cortical (PC) model of epilepsy. Possible mechanisms underlying cannabinoid actions in the CNS include CB1 receptor antagonism (by displacing endocannabinergic tone) or inverse agonism at constitutively active CB1 receptors. Here, we investigate the mode of cannabinoid action in [35S]GTPgammaS binding assays. EXPERIMENTAL APPROACH: Effects of Delta9-THCV and AM251 were tested either alone or against WIN55,212-2-induced increases in [35S]GTPgammaS binding in mouse cerebellar and PC membranes. Effects on non-CB receptor expressing CHO-D2 cell membranes were also investigated. KEY RESULTS :Delta9-THCV and AM251 both acted as potent antagonists of WIN55,212-2-induced increases in [35S]GTPgammaS binding in cerebellar and PC membranes (Delta9-THCV: pA2=7.62 and 7.44 respectively; AM251: pA2=9.93 and 9.88 respectively). At micromolar concentrations, Delta9-THCV or AM251 alone caused significant decreases in [35S]GTPgammaS binding; Delta9-THCV caused larger decreases than AM251. When applied alone in CHO-D2 membranes, Delta9-THCV and AM251 also caused concentration-related decreases in G protein activity. CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS: Delta9-THCV and AM251 act as CB1 receptors antagonists in the cerebellum and PC, with AM251 being more potent than Delta9-THCV in both brain regions. Individually, Delta9-THCV or AM251 exhibited similar potency at CB1 receptors in the cerebellum and the PC. At micromolar concentrations, Delta9-THCV and AM251 caused a non-CB receptor-mediated depression of basal [35S]GTPgammaS binding.

Non-genomic signalling of the retinoic X receptor through inhibition of Gq signalling in human platelets

Retinoid X receptors (RXRs) are important transcriptional nuclear hormone receptors, acting as either homodimers or the binding partner for at least one fourth of all the known human nuclear receptors. Functional nongenomic effects of nuclear receptors are poorly understood; however, recently peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) gamma, PPARbeta, and the glucocorticoid receptor have all been found active in human platelets. Human platelets express RXRalpha and RXRbeta. RXR ligands inhibit platelet aggregation and TXA(2) release to ADP and the TXA(2) receptors, but only weakly to collagen. ADP and TXA(2) both signal via the G protein, Gq. RXR rapidly binds Gq but not Gi/z/o/t/gust in a ligand-dependent manner and inhibits Gq-induced Rac activation and intracellular calcium release. We propose that RXR ligands may have beneficial clinical actions through inhibition of platelet activation. Furthermore, our results demonstrate a novel nongenomic mode for nuclear receptor action and a functional cross-talk between G-protein and nuclear receptor signaling families.