Conformational dynamics and pharmacology in transmembrane dimeric receptors

Biosenseurs pour l’étude des dynamiques des conformations et pharmacologie des récepteurs dimériques transmembranaires Les récepteurs transmembranaires traduisent les informations extracellulaires en signaux intracellulaires sont classés en fonction de leur mécanisme de transmission des signaux à travers la membrane plasmique. Nombre de ces récepteurs sont assemblés en dimères constitutifs ou induits par le ligand. Si les récepteurs liés à une enzyme, tels que le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGF), peuvent être des dimères induits par le ligand, les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) activés par le neurotransmetteur glutamate sont des dimères constitutifs liés de manière covalente. Il est important de comprendre comment ces récepteurs transmettent le signal pour développer des médicaments les ciblant. Le récepteur de l'EGF est un récepteur à domaine tyrosine kinase (RTK) impliqué dans la différenciation et la prolifération des cellules. Son inhibition par des médicaments est utilisée dans le traitement de cancers, mais les effets secondaires et la résistance aux traitements restent des obstacles majeurs. Sa structure tridimensionnelle complète étant inconnue, son processus d'activation n’est pas complétement compris et résulterait soit d’une dimérisation induite par le ligand soit de changements de conformation au sein de dimères pré-assemblés. Ceci est suivi par la phosphorylation du domaine intracellulaire du récepteur et la génération de cascades de signalisation intracellulaire. En générant un biocapteur conformationnel fluorescent, nous avons démontré que l'activation du récepteur par l’EGF résulte de sa dimérisation induite par le ligand. Nous avons également découvert que certains inhibiteurs non compétitifs du domaine tyrosine kinase (TK) induisent la formation de dimères par un contact des domaines TK, mais sans activer le récepteur. Il est à noter que l'internalisation induite par l’EGF n'est pas bloquée par les inhibiteurs des TKs (ITK), ce qui démontre qu'elle ne nécessite pas l'activité du domaine TK et qu'elle dépend probablement de la conformation du dimère. Ceci est soutenu par l’observation que les ITKs favorisant la formation de dimères ralentissent l'internalisation. Ce résultat montre que le processus d'activation/dimérisation du récepteur de l'EGF peut être modifié par des ITKs et que son internalisation est régulée par sa conformation monomère/dimère plutôt que par sa phosphorylation. Le récepteur métabotropique du glutamate (mGlu) 4 est un dimère constitutif qui joue un rôle important dans la régulation de nombreuses synapses dans le cerveau. Récemment, l'existence d'un hétérodimère mGlu2-mGlu4 a été prouvée dans le cerveau, mais sa fonction reste inconnue en raison du manque d'outils permettant de le contrôler sélectivement. Pour approfondir l'étude des homo- et hétérodimères mGlu4, un nanocorps innovant qui discrimine ces récepteurs a été développé. Ce nanocorps est sélectif pour le récepteur mGlu4 humain et stabilise la conformation active de l'homodimère, ce qui en fait un agoniste complet. En combinant des simulations de dynamique moléculaire et une mutagenèse dirigée, l'épitope et le mécanisme d'action du nanocorps ont été identifiés, révélant une nouvelle façon d'activer les récepteurs mGlu. À l'inverse, ce nanocorps est incapable d'activer les hétérodimères mGlu2-mGlu4, sur lesquels il agit comme un modulateur allostérique positif par une action asymétrique sur l'hétérodimère. Ce nanocorps est le premier outil pharmacologique qui permet de distinguer les homo- et les hétérodimères. Nos études ont révélé l'importance de la conformation des récepteurs dimériques pour contrôler leur signalisation, comme le montrent les ITKs contrôlant la conformation des dimères induits par les domaines TK et le processus d'internalisation du récepteur de l'EGF, ou en montrant que les nanocorps peuvent contrôler spécifiquement un dimère de récepteur composé de sous-unités spécifiques. Ces résultats montrent l'importance de la régulation allostérique et asymétrique des récepteurs transmembranaires dimériques.