Use of cellular impedance to characterize ligand functional selectivity at G protein-coupled receptors

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) représentent la plus grande famille de cibles thérapeutiques pour le traitement d’une panoplie de pathologies humaines. Bien que plusieurs décennies de recherche aient permis de façonner nos connaissances sur ces protéines membranaires, notre compréhension des déterminants moléculaires de leur activité signalétique reste encore limitée. De ces domaines de recherche, une avancée récente a mis à jour un nouveau phénomène, appelé sélectivité fonctionnelle des ligands, qui a bouleversé les paradigmes décrivant leu fonctionnement de ces récepteurs. Ce concept émane d’observations montrant que l’activité pharmacologique de certains ligands n’est pas nécessairement conservée sur tout le répertoire signalétiques connu du récepteur et peu se restreindre à l'activation sélective d’un sous-groupe de voies de signalisation.Ce nouveau modèle pharmacologique de l'activation des RCPG ouvre de nouvelles possibilités pour la découverte de médicaments plus efficace et sûr, ciblant les RCPGs. En effet, il permet la conception de molécules modulant spécifiquement les voies signalétiques d’intérêt thérapeutique, sans engager les autres voies qui pourraient mener à des effets secondaires indésirables ou de la tolérance. Cette thèse décrit l'utilisation d'une nouvelle approche sans marquage, basée sur la mesure du changement l'impédance cellulaire. Par la mesure des changements cellulaires, comme la morphologie, l’adhésion et/ou la redistribution des macromolécules, cette approche permet de mesurer de façon simultanée l'activité de plusieurs voies de signalisation impliqués dans ces réponses. Utilisant le récepteur β2-adrénergique (β2AR) comme modèle, nous avons démontré que les variations dans l’impédance cellulaire étaient directement liées à l’activation de multiples voies de signalisation suite à la stimulation du récepteur par son ligand. L’agoniste type du β2AR, l’isoprotérénol, s’est avéré induire une réponse d’impédance dose-dépendante constituée, dans le temps, de plusieurs caractéristiques distinctes pouvant être bloquées de façon compétitive par l’antagoniste ICI118,551 Par l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs, nous avons été en mesure de déterminer la contribution de plusieurs voies signalétiques canoniques, comme les voies dépendantes de Gs et Gi, la production d’AMPc et l’activation de ERK1/2, sur ces changements. De plus, la dissection de la réponse d’impédance a permis d’identifier une nouvelle voie de mobilisation du Ca2+ contribuant à la réponse globale des changements initiés par la stimulation du β2AR. Dans une autre étude, nous avons rapporté que la réponse calcique induite par le β2AR serait attribuable à une transactivation Gs-dépendant du récepteur purinergique P2Y11, lui-même couplé à la protéine Gq. La mesure d’impédance permettant de distinguer et de décrire une pléiade d’activités signalétiques, nous avons émis l’hypothèse que des ligands arborant des profils signalétiques différents généreraient des réponses d’impédance distinctes. Le criblage d’une librairie de ligands spécifiques au β2AR a révélé une grande variété de signatures d’impédance. Grâce au développement d’une approche computationnelle innovatrice, nous avons été en mesure de regrouper ces signatures en cinq classes de composés, un regroupement qui s’est avéré hautement corrélé avec le profil signalétique des différents ligands. Nous avons ensuite combiné le criblage de composés par impédance avec l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs de voies signalétiques afin d’augmenter la résolution du regroupement. En évaluant l’impact d’une voie signalétique donnée sur la signature d’impédance, nous avons été en mesure de révéler une plus grande variété de textures parmi les ligands. De plus, cette méthode s’est avérée efficace pour prédire le profil signalétique d’une librairie de composés non caractérisés, ciblant le β2AR. Ces travaux ont mené à l’élaboration d’une méthode permettant d’exprimer visuellement la sélectivité fonctionnelle de ligands et ont révélé de nouvelles classes de composés pour ce récepteur. Ces nouvelles classes de composés ont ensuite été testées sur des cardiomyocytes humains, confirmant que les composés regroupés dans différentes classes produisent des effets distincts sur la contractilité de ces cellules. Globalement, ces travaux démontrent la pertinence de l’utilisation de l’impédance cellulaire pour une évaluation précise des différences fonctionnelles parmi les composés ciblant les RCPGs. En fournissant une représentation pluridimensionnelle de la signalisation émanant des RCPGs à l’aide d’un seul essai ne requérant pas de marquage, les signatures d’impédance représentent une stratégie simple et innovante pour l’évaluation de la fonctionnalité sélective des ligands. Cette méthode pourrait être d’une grande utilité dans le processus de découverte de nouveaux médicaments.

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

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

Développement d'un biosenseur BRET permettant le criblage de drogues qui causent l'activation de canaux Kir3 via les récepteurs couplés aux protéines G

Les récepteurs couplés aux protéines G forment des complexes multimériques comprenant protéines G et effecteurs. Nous cherchons à caractériser de tels complexes comprenant les récepteurs opioïdes delta (DOR) et les canaux Kir3, qui nous sont d’intérêt vu leur implication dans l’analgésie des opioïdes. Des expériences d’immunopurification, de BRET et de liaison GTPgS ont été réalisées à l’intérieur de cellules HEK293 transfectées. Les canaux Kir3 ont été co-immunopurifiés avec les DOR, suggérant une interaction spontanée entre récepteur et effecteur. Des essais BRET ont corroboré que l’interaction était présente dans des cellules vivantes et nous ont permis d’identifier une interaction spontanée et spécifique entre DOR/Gg et Gg/Kir3, indiquant leur coexistence en un même complexe. Puisque l’activation du récepteur implique la présence de changements conformationnels à l’intérieur de celui-ci, nous étions intéressés à vérifier si l’information conformationnelle circule à partir du récepteur lié au ligand jusqu’à l’effecteur en aval. Ainsi, nous avons déterminé l’effet de différents ligands sur le signal BRET généré par les paires suivantes : DOR/Gbg, DOR/Kir3 et Kir3/Gbg. Nous avons constaté une modulation de l’interaction DOR/Gbg et Gbg/Kir3 suivant l’ordre d’efficacité des ligands à stimuler la protéine G, ce que nous n’avons pas observé entre DOR et Kir3. Donc, nous concluons que l’information conformationnelle circule du récepteur au canal Kir3 via la protéine Gbg. Ces résultats nous ont permis de développer un biosenseur BRET (EYFP-Gg2/Kir3.1-Rluc) qui pourrait être utilisé dans le criblage à haut débit afin de détecter de nouvelles molécules ayant une grande efficacité à activer les canaux Kir3.

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

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

La sélectivité fonctionnelle des ligands du récepteur delta opiacé

Les récepteurs couplés aux protéines GRCPG sont une des plus grandes familles de récepteur membranaire codifié par le génome humain et certainement la plus grande famille de récepteurs. Localisés au niveau des membranes plasmiques, ils sont responsables d’une grande variété de réponses cellulaires. L’activation de ces derniers par des ligands était traditionnellement associée à un changement de conformation de la protéine, passant d’un état inactif à un état actif. Toutefois, certaines observations entraient en contradiction avec cette théorie et laissaient supposer la présence de plusieurs conformations actives du récepteur. Ces différentes conformations pouvaient être actives pour certaines voies de signalisation ou de régulation et inactives pour d’autres. Ce phénomène, initialement appelé agoniste dirigé ou « biased agonism », est maintenant décrit comme étant la sélectivité fonctionnelle des ligands des RCPG. Cette sélectivité des voies de signalisation et de régulation permettrait en théorie de développer des ligands capables de cibler seulement les voies de signalisation et de régulation responsable des effets thérapeutiques sans activer les voies responsables des effets secondaires ou indésirables. Le récepteur delta opiacé (DOR) est un RCPG impliqué dans la gestion de la douleur chronique. L’action analgésique de ses ligands est toutefois soumise à un effet de tolérance produite lors de leur utilisation à long terme. Cet effet secondaire limite l’utilisation thérapeutique de ces médicaments. Cette thèse s’est donc intéressée à la sélectivité fonctionnelle des ligands du DOR afin d’évaluer la possibilité de réduire les effets de tolérance produits par ces molécules. En premier lieu, nous avons déterminé que le DOR peut être stabilisé dans plusieurs conformations actives dépendantes du ligand qui le lie et ces conformations possèdent différents profils d’activation des voies de signalisation et de régulation. En deuxième lieu, nous avons déterminé que les différents ligands du DOR stabilisent des conformations du complexe récepteur/protéine G qui ne concordent pas avec la théorie des récepteurs à deux états, suggérant plutôt la présence d’une multitude de conformations actives. Finalement, nous avons démontré que ces différentes conformations interagissaient de façon distincte avec les protéines de régulation des RCPG; le ligand favorisant le retour du récepteur à la membrane produisant moins de désensibilisation et moins de tolérance aiguë à l’analgésie que le ligand favorisant la séquestration du récepteur à l’intérieur de la cellule. Les résultats de cette thèse démontrent que la sélectivité fonctionnelle des ligands opiacés pourrait être utilisée dans le développement de nouveau analgésique produisant moins de tolérance.

Les récepteurs 5-HT4b adoptent différentes conformations ligand-spécifique ayant des propriétés de signalisation et de régulation distinctes

Les antidépresseurs actuels sont très similaires au niveau de leur mécanisme d’action et sont plus ou moins efficaces. Un des problèmes majeurs est leur long temps de latence à fournir une action thérapeutique dû aux adaptations des sites pré et post synaptiques. Dans un modèle animal, nous avons récemment découvert que l’agoniste RS67333 des récepteurs 5-HT4 était en mesure de produire en trois jours les mêmes effets antidépresseurs qui normalement prennent de deux à trois semaines à apparaître avec les antidépresseurs actuellement disponibles. De plus, nous avons constaté que les effets antidépresseurs de cet agoniste possédaient une résistance à la tolérance. Il y a d’autres agonistes du même récepteur, tel que le prucalopride qui ne produit pas d’effets antidépresseurs comme RS67333. Étant donné que l’efficacité du Prucalopride à stimuler les 5-HT4Rs est similaire sinon plus grande que celle de RS67333, nous avons énoncé l’hypothèse que le récepteur 5-HT4 pourrait adopter différentes conformations actives suite à son activation par différents agonistes. Nous avons ainsi décidé d’explorer les principales réponses fonctionnelles des récepteurs 5-HT4B en observant leurs propriétés de régulation et de signalisation. Nous avons montré que l’isoforme B du récepteur 5-HT4, étant hautement exprimé dans le système limbique, détient une signalisation et une régulation différentes dépendant du ligand activateur. Nos résultats indiquent que chacun des agonistes testés (5-HT, RS67333, ML10302, Zacopride, Prucalopride) modulent distinctivement la production d’AMPc et l’internalisation du récepteur. Les résultats nous ont clairement permis de déterminer que les agonistes possèdent une efficacité et ou puissance différentes les uns par rapport aux autres. De plus, l’ordre d’efficacité des agonistes à moduler la voie de l’AMPc était (Prucalopride > Zacopride = ML10302 = 5-HT > RS67333) et est différente de leur ordre d’efficacité à induire la régulation du récepteur par internalisation (5-HT > Zacopride > Prucalopride > ML10302 = RS67333). Ainsi, nous avons montré que les 5-HT4Rs adoptent des conformations qui sont ligand-spécifiques. Cela implique que la sélectivité fonctionnelle serait un facteur important à considérer dans les mécanismes d’action antidépresseur des agonistes de ce récepteur.

Étude du trafic du récepteur delta-opiacé suite à sa stimulation par différents agonistes

Les opiacés figurent parmi les analgésiques les plus puissants pour le traitement des douleurs sévères. Les agonistes du DOR (récepteur delta opiacé) induisent moins d'effets secondaires que ceux du mu, ce qui les rend une cible d'intérêt pour le traitement des douleurs chroniques. Cependant, ils induisent la tolérance à l'analgésie. Des hypothèses récentes proposent que le potentiel des drogues à induire la tolérance soit la conséquence de la stabilisation de différentes conformations du récepteur induites par la liaison avec différents ligands, chacune ayant différentes propriétés de trafic. Dans ce contexte, nous avons déterminé si différents ligands du DOR différaient dans leur capacité à induire la signalisation et le trafic du récepteur. Nos résultats indiquent que DPDPE et SNC-80 sont les drogues les plus efficaces à inhiber la production d’AMPc, suivis par UFP-512, morphine et TIPP. DPDPE et SNC-80 induisent à eux seuls l’internalisation du DOR dans les cellules HEK-293 de façon dépendante de la β-arrestine mais pas de la GRK2 ni PKC. Ces deux drogues induisent également l’internalisation du DOR dans les neurones corticaux et c’est seulement le DPDPE qui permet au DOR de regagner la membrane des cellules HEK-293 et des neurones après récupération. Cette capacité de recyclage était suggérée comme un mécanisme protégeant contre la survenue de la tolérance. Ces observations indiquent que le DOR peut subir différentes régulations en fonction du ligand lui étant associé. Cette propriété de sélectivité fonctionnelle des ligands pourrait être utile pour le développement de nouveaux opiacés ayant une activité analgésique plus durable.

Differential phosphorylation, desensitization, and internalization of α1A-adrenoceptors activated by norepinephrine and oxymetazoline

Loss of response on repetitive drug exposure (i.e., tachyphylaxis) is a particular problem for the vasoconstrictor effects of medications containing oxymetazoline (OXY), an α1-adrenoceptor (AR) agonist of the imidazoline class. One cause of tachyphylaxis is receptor desensitization, usually accompanied by phosphorylation and internalization. It is well established that a1A-ARs are less phosphorylated, desensitized, and internalized on exposure to the phenethylamines norepinephrine (NE), epinephrine, or phenylephrine (PE) than are the a1B and a1D subtypes. However, here we show in human embryonic kidney-293 cells that the low-efficacy agonist OXY induces G protein-coupled receptor kinase 2-dependent a1A-AR phosphorylation, followed by rapid desensitization and internalization (∼40% internalization after 5 minutes of stimulation), whereas phosphorylation of α1A-ARs exposed to NE depends to a large extent on protein kinase C activity and is not followed by desensitization, and the receptors undergo delayed internalization (∼35% after 60 minutes of stimulation). Native α1A-ARs from rat tail artery and vas deferens are also desensitized by OXY, but not by NE or PE, indicating that thisproperty of OXY is not limited to recombinant receptors expressed in cell systems. The results of the present study are clearly indicative of agonist-directed a1A-AR regulation. OXY shows functional selectivity relative to NE and PE at a1A-ARs, leading to significant receptor desensitization and internalization, which is important in view of the therapeutic vasoconstrictor effects of this drug and the varied biologic process regulated by α1A-ARs. Copyright © 2013 by The American Society for Pharmacology and Experimental Therapeutics.

Investigação de agonismo tendencioso em α1A- e α1B-adrenoceptores

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Absence of somatostatin SST(2) receptor internalization in vivo after intravenous SOM230 application in the AR42J animal tumor model

Among clinically relevant somatostatin functions, agonist-induced somatostatin receptor subtype 2 (sst(2)) internalization is a potent mechanism for tumor targeting with sst(2) affine radioligands such as octreotide. Since, as opposed to octreotide, the second generation multi-somatostatin analog SOM230 (pasireotide) exhibits strong functional selectivity, it appeared of interest to evaluate its ability to affect sst(2) internalization in vivo. Rats bearing AR42J tumors endogenously expressing somatostatin sst(2) receptors were injected intravenously with SOM230 or with the [Tyr(3), Thr(8)]-octreotide (TATE) analog; they were euthanized at various time points; tumors and pancreas were analyzed by immunohistochemistry for the cellular localization of somatostatin sst(2) receptors. SOM230-induced sst(2) internalization was also evaluated in vitro by immunofluorescence microscopy in AR42J cells. At difference to the efficient in vivo sst(2) internalization triggered by intravenous [Tyr(3), Thr(8)]-octreotide, intravenous SOM230 did not elicit sst(2) internalization: immunohistochemically stained sst(2) in AR42J tumor cells and pancreatic cells were detectable at the cell surface at 2.5min, 10min, 1h, 6h, or 24h after SOM230 injection while sst(2) were found intracellularly after [Tyr(3), Thr(8)]-octreotide injection. The inability of stimulating sst(2) internalization by SOM230 was confirmed in vitro in AR42J cells by immunofluorescence microscopy. Furthermore, SOM230 was unable to antagonize agonist-induced sst(2) internalization, neither in vivo, nor in vitro. Therefore, SOM230 does not induce sst(2) internalization in vivo or in vitro in AR42J cells and pancreas, at difference to octreotide derivatives with comparable sst(2) binding affinities. These characteristics may point towards different tumor targeting but also to different desensitization properties of clinically applied SOM230.

Agonist-biased signaling at the sst2A receptor: the multi-somatostatin analogs KE108 and SOM230 activate and antagonize distinct signaling pathways

Somatostatin analogs that activate the somatostatin subtype 2A (sst2A) receptor are used to treat neuroendocrine cancers because they inhibit tumor secretion and growth. Recently, new analogs capable of activating multiple somatostatin receptor subtypes have been developed to increase tumor responsiveness. We tested two such multi-somatostatin analogs for functional selectivity at the sst2A receptor: SOM230, which activates sst1, sst2, sst3, and sst5 receptors, and KE108, which activates all sst receptor subtypes. Both compounds are reported to act as full agonists at their target sst receptors. In sst2A-expressing HEK293 cells, somatostatin inhibited cAMP production, stimulated intracellular calcium accumulation, and increased ERK phosphorylation. SOM230 and KE108 were also potent inhibitors of cAMP accumulation, as expected. However, they antagonized somatostatin stimulation of intracellular calcium and behaved as partial agonists/antagonists for ERK phosphorylation. In pancreatic AR42J cells, which express sst2A receptors endogenously, SOM230 and KE108 were both full agonists for cAMP inhibition. However, although somatostatin increased intracellular calcium and ERK phosphorylation, SOM230 and KE108 again antagonized these effects. Distinct mechanisms were involved in sst2A receptor signaling in AR42J cells; pertussis toxin pretreatment blocked somatostatin inhibition of cAMP accumulation but not the stimulation of intracellular calcium and ERK phosphorylation. Our results demonstrate that SOM230 and KE108 behave as agonists for inhibition of adenylyl cyclase but antagonize somatostatin's actions on intracellular calcium and ERK phosphorylation. Thus, SOM230 and KE108 are not somatostatin mimics, and their functional selectivity at sst2A receptors must be considered in clinical applications where it may have important consequences for therapy.

Functional coupling of the human dopamine D-2 receptor with G alpha(i1), G alpha(i2), G alpha(i3) and G alpha(o) G proteins: evidence for agonist regulation of G protein selectivity

1 The human dopamine D-2long (D-2L) receptor was expressed with four different G proteins in Sf9 cells using the baculovirus expression system. When co-expressed with G(i)/G(o) G proteins (G(i1)alpha, G(i2)alpha, G(i3)alpha, or G(o)alpha, plus Gbeta(1) and Ggamma(2)) the receptor displayed a high-affinity binding site for the agonists (dopamine and NPA), which was sensitive to GTP (100 mum), demonstrating interaction between the receptor and the different G proteins. 2 The receptor to G protein ratio (R: G ratio) was evaluated using [H-3]-spiperone saturation binding (R) and [S-35]-GTPgammaS saturation binding (G). R: G ratios of 1: 12, 1: 3, 1: 14 and 1: 5 were found for G(i1), G(i2), G(i3), and Go preparations, respectively. However, when R:G ratios of 1:2 and 1: 12 were compared for G(i2) and G(o), no difference was found for the stimulation of [S-35]-GTPgammaS binding. 3 Several agonists were tested for their ability to stimulate [S-35]-GTPgammaS binding to membranes co-expressing the receptor and various G proteins. All the compounds tested showed agonist activity in preparations expressing G(i3) and G(o). However, for G(i2) and G(i1) preparations, compounds such as S-(-)-3-PPP and p-tyramine were unable to stimulate [S-35]-GTPyS binding. 4 Most of the compounds showed higher relative efficacies (compared to dopamine) and higher potencies in the preparation expressing G(o). Comparison of the effects of different agonists in the different preparations showed that each agonist differentially activates the four G proteins. 5 We conclude that the degree of selectivity of G protein activation by the D-2L receptor can depend on the conformation of the receptor stabilised by an agonist.

Multi-functional electrocatalysts for CO2 reduction reaction: towards the modulation of selectivity

The electrocatalytic reduction of CO2 (CO2RR) is a captivating strategy for the conversion of CO2 into fuels, to realize a carbon neutral circular economy. In the recent years, research has focused on the development of new materials and technology capable of capturing and converting CO2 into useful products. The main problem of CO2RR is given by its poor selectivity, which can lead to the formation of numerous reaction products, to the detriment of efficiencies. For this reason, the design of new electrocatalysts that selectively and efficiently reduce CO2 is a fundamental step for the future exploitation of this technology. Here we present a new class of electrocatalysts, designed with a modular approach, namely, deriving from the combination of different building blocks in a single nanostructure. With this approach it is possible to obtain materials with an innovative design and new functionalities, where the interconnections between the various components are essential to obtain a highly selective and efficient reduction of CO2, thus opening up new possibilities in the design of optimized electrocatalytic materials. By combining the unique physic-chemical properties of carbon nanostructures (CNS) with nanocrystalline metal oxides (MO), we were able to modulate the selectivity of CO2RR, with the production of formic acid and syngas at low overpotentials. The CNS have not only the task of stabilizing the MO nanoparticles, but the creation of an optimal interface between two nanostructures is able to improve the catalytic activity of the active phase of the material. While the presence of oxygen atoms in the MO creates defects that accelerate the reaction kinetics and stabilize certain reaction intermediates, selecting the reaction pathway. Finally, a part was dedicated to the study of the experimental parameters influencing the CO2RR, with the aim of improving the experimental setup in order to obtain commercial catalytic performances.

Human vascular to cardiac tissue selectivity of L- and T-type calcium channel antagonists

1 Voltage-operated calcium channel (VOCC) antagonists are effective antihypertensive and antianginal agents but they also depress myocardial contractility. 2 We compared four L-type calcium channel antagonists, felodipine, nifedipine, amlodipine and verapamil and a relatively T-type selective calcium channel antagonist, mibefradil, on human and rat isolated tissue assays to determine their functional vascular to cardiac tissue selectivity (V/C) ratio. 3 The V/C ratio was calculated as the ratio of the IC50 value of the antagonist that reduced (by 50%) submaximally contracted (K+ 62 mM) human small arteries from the aortic vasa vasorum (vascular, V) mounted in a myograph and the IC50 value of the antagonist that reduced (-)-isoprenaline (6 nM) submaximally stimulated human right atrial trabeculae muscle (cardiac, C) mounted in organ chambers. 4 The average pIC(50) Values (-log IC50 M) for the human vascular preparations were felodipine 8.30, nifedipine 7.78, amlodipine 6.64, verapamil 6.26 and mibefradil 6.22. The average pIC(50) values for the cardiac muscle were felodipine 7.21, nifedipine 6.95, verapamil 6.91, amlodipine 5.94, and mibefradil 4.61. 5 The V/C ratio calculated as antilog [pIC(50)V-pIC(50)C] is thus mibefradil 41, felodipine 12, nifedipine 7, amlodipine 5 and verapamil 0.2. 6 In rat small mesenteric arteries the pIC(50) values for the five drugs were similar to the values for human vasa vasorum arteries contracted by K+ 62 mM. However for methoxamine (10 mu M) contraction in the rat arteries the pIC(50) values were lower for felodipine 7.24 and nifedipine 6.23, but similar for verapamil 6.13, amlodipine 6.28 and mibefradil 5.91. 7 In conclusion in the human tissue assays, the putative T-channel antagonist mibefradil shows the highest vascular to cardiac selectivity ratio; some 3 fold higher than the dihydropyridine, felodipine, and some 200 fold more vascular selective than the phenylalkylamine, verapamil. This favourable vascular to cardiac selectivity for mibefradil, from a new chemical class of VOCC antagonist, may be explained by its putative T-channel selectivity.

Pt/Carbon materials as Bi-Functional catalysts for N-decane hydroisomerization

The activity and selectivity of bi-functional carbon-supported platinum catalysts for the hydroisomerization of n-alkanes have been studied. The influence of the properties of the carbon support on the performance of the catalysts were investigated by incorporating the metallic function on a series of carbons with varied porosity (microporous: GL-50 from Norit, and mesoporous: CMK-3) and surface chemistry (modified by wet oxidation). The characterization results achieved with H-2 chemisorption and TEM showed differences in surface metal concentrations and metal-support interactions depending on the support composition. The highest metal dispersion was achieved after oxidation of the carbon matrix in concentrated nitric acid, suggesting that the presence of surface functional sites distributed in inner and outer surface favors a homogeneous metal distribution. On the other hand, the higher hydrogenating activity of the catalysts prepared with the mesoporous carbon pointed out that a fast molecular traffic inside the pores plays an important role in the catalysts performance. For n-decane hydroisomerization of long chain n-alkanes, higher activities were obtained for the catalysts with an optimized acidity and metal dispersion along with adequate porosity, pointing out the importance of the support properties in the performance of the catalysts.