Les domaines C-ter des GPCR sont désordonnés mais ont des structurations secondaires transitoires

Les voies dépendantes de l'arrestine sont un élément central de la signalisation des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Cette voie est activée après la phosphorylation du domaine C-terminal du GPCR, ce qui permet le recrutement de l'arrestine. Cependant, les processus moléculaires régulant la liaison de l'arrestine ne sont pas encore bien compris en raison du manque d'informations structurales des régions désordonnées en C-terminale des récepteurs. Ici, nous avons utilisé une combinaison de méthodes biophysiques pour décrire globalement et à l'échelle atomique les conformations basales des domaines C-terminaux de trois RCPG de classe A, le récepteur à la vasopressine (V2R), le récepteur à la ghréline (GHSR) et le récepteur b2-adernergique (b2AR). Nos travaux ont révélé la présence de structures secondaires transitoires dans ces régions qui pourraient être impliquées dans l'interaction avec l'arrestine. Ces éléments de structure secondaire diffèrent de ceux décrits dans la littérature lors de l’interaction avec l'arrestine. Cela suggèrerait un changement structural qui aurait lieu avant ou au moment de l’interaction avec l’arrestine.

Myriam Guillien, Assia Mouhand, Aurélie Fournet, Amandine Gontier, Aleix Martí Navia, Tiago N. Cordeiro, Frédéric Allemand, Aurélien Thureau, Jean-Louis Banères, Pau Bernadó and Nathalie Sibille*

Texte Complet : https://doi.org/10.3390/biom12050617

Cter GPCR

Origami ADN pour explorer la mécanotransduction cellulaire

Les cellules et les tissus biologiques répondent aux stimuli mécaniques exercés par leur environnement en les convertissant en signaux biologiques. Cependant, notre compréhension de la mécanotransduction est souvent entravée par des barrières techniques, y compris des limitations dans notre capacité à appliquer efficacement des forces de l’ordre du piconewton dirigées sur des mécanorécepteurs spécifiques sur les membranes cellulaires sans essais laborieux et répétitifs. Pour surmonter ces défis, nous avons conçu une nanostructure appelée « Nano-Winch », un actionneur moléculaire à base d'origami d'ADN robuste, facile à assembler et programmable. Le « Nano-Winch » est conçu pour manipuler plusieurs mécanorécepteurs en parallèle en exerçant des forces de l’ordre du piconewton dans deux modes. Un mode autonome et un mode activé à distance via des liaisons d'ADN simple et double brin réglables, respectivement. Les « Nano-Winch » en mode autonome peuvent fonctionner sur la surface de la cellule. Le ciblage de ce dispositif sur les récepteurs intégrines a permis de stimuler la phosphorylation détectable en aval de la kinase d'adhérence focale « FAK », une indication que les « Nano-Winch » peuvent être appliqués pour étudier les processus mécaniques cellulaires. Le mode d'activation à distance permet un contrôle d'extension plus fin et avec des forces plus importantes. En utilisant ce second mode d’activation, nous avons pu observer directement l'ouverture d'un canal membranaire sensible aux forces extérieures, la protéine BtuB. Cet origami personnalisable fournit une approche sans instrument qui pourrait être appliquée pour contrôler et explorer une diversité de circuits de mécanotransduction sur des cellules.

Full text : DOI: 10.1038/s41467-022-30745-2

INSERM presse : https://presse.inserm.fr/en/a-nano-robot-built-entirely-from-dna-to-explore-cell-processes/45568/

Youtube : https://www.youtube.com/watch?v=SNgbSNQx3g0

Journal LePoint : https://www.lepoint.fr/sante/medecine-un-nanorobot-qui-tripote-les-cellules-31-07-2022-2484929_40.php

Midi Libre : https://www.midilibre.fr/2022/07/28/montpellier-des-chercheurs-inventent-un-nanorobot-revolutionnaire-capable-dexplorer-une-cellule-humaine-10459462.php

 

Pousse-toi de là que je m'y mette ! Protéine G et bêta-arrestine entrent en compétition

L’arginine vasopressine (AVP) est l’hormone antidiurétique qui régule une fonction vitale de notre organisme : l’équilibre hydrique. Elle agit au niveau du rein, plus précisément à la membrane plasmique des cellules principales du tube collecteur, segment distal du néphron. C’est par son interaction avec le récepteur V2 (V2R), protéine membranaire de la famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs), que cette hormone peptidique active une voie de signalisation cellulaire qui conduit à une relocalisation des canaux à eau, les aquaporines, et donc à la réabsorption de l’eau de l’urine vers le sang. Le couplage du récepteur V2 à la protéine Gs constitue une étape clé de cette voie de signalisation. Mais ce n’est pas tout. Le récepteur n’est pas « fidèle » à la protéine G car il interagit également avec les ß-arrestines qui provoquent son internalisation/désensibilisation puis activent d’autres voies de signalisation impliquées en particulier au cours de la croissance et la différentiation cellulaire. Les deux partenaires canoniques de signalisation sont les deux facettes d’une régulation efficace de la fonction antidiurétique.

Alors, comment le récepteur V2 « choisit-il » entre la protéine G et la ß-arrestine ? Un vrai dilemme Cornélien... Il y a un intérêt tout particulier à répondre à cette question puisque le développement de ligands du V2R sélectifs d’une voie ou d’une autre (ligands biaisés) présente un intérêt important pour améliorer l’efficacité des futures molécules thérapeutiques, tout en diminuant leurs effets indésirables.

Après avoir réussi à résoudre la structure du récepteur V2 en complexe avec l’AVP et la protéine Gs, l’équipe de Bernard Mouillac et Sébastien Granier à l’Institut de Génomique Fonctionnelle (IGF), en collaboration avec l’équipe de Patrick Bron au Centre de de Biologie Structurale (CBS) vient de déterminer la structure tridimensionnelle (3D) du V2R complexé à l’hormone naturelle AVP et à la ß-arrestine1 par une approche de cryo-microscopie électronique (lien publication). C’est donc un travail 100% montpelliérain mais aussi une première française. Aujourd’hui, seules 5 structures de complexes de signalisation d’un RCPG couplé à une arrestine ont été décrites: celles impliquant la rhodopsine, le récepteur ß1-adrénergique, le récepteur M2 muscarinique de l’acétylcholine, le récepteur NTSR1 de la neurotensine et donc le récepteur V2 de l’AVP.

Cette approche de biologie structurale combinée à des approches de pharmacologie moléculaire et de modélisation/dynamique moléculaire, ont permis de déterminer l’architecture générale du complexe et en particulier de définir l’interface entre le récepteur et la ß-arrestine (voir figure associée). Plusieurs surprises ont été révélées. Tout d’abord, l’orientation de la ß-arrestine vis-à-vis du V2R est totalement atypique par rapport à celle des arrestines liées aux autres RCPGs. Ce positionnement met en avant le caractère très dynamique de ces complexes de signalisation et leur grande variabilité structurale malgré une conformation générale conservée. Ensuite, l’interface V2R-ß-arrestine1 est originale car elle implique tous les domaines intracellulaires du récepteur. C’est donc une combinaison spécifique de la conformation du V2R et de la ß-arrestine1 qui explique l’originalité de l’interaction. Enfin, la protéine Gs et la ß-arrestine1 interagissent avec la même « cavité » intracellulaire du V2R et sont donc compétitives l’une par rapport à l’autre vis-à-vis de ce site de liaison. La comparaison des deux structures (voir figure associée) permet de comprendre comment la ß-arrestine « arrête » le signal associé à la protéine G en prenant la place de celle-ci (pousse-toi de là que je m’y mette), phénomène à la base des processus d’internalisation et de désensibilisation du récepteur.

Le V2R est une cible thérapeutique majeure pour traiter les désordres du métabolisme de l’eau (hyponatrémie consécutive à une insuffisance cardiaque, hypertension, cirrhose du foie) et les troubles de la miction (incontinence). De plus, de nombreuses mutations du récepteur sont responsables de deux maladies génétiques rares présentant un tableau clinique inversé : 1/ le diabète insipide néphrogénique congénital (DINc) dû à des mutations « perte de fonction » associées à une incapacité des patients à concentrer leurs urines, 2/ le syndrome néphrogénique d’antidiurèse inappropriée (SNADI) lié à des mutations constitutivement actives caractérisé par une intoxication à l’eau et une hyponatrémie. Le V2R est également une cible primordiale pour traiter certaines formes de polykystose rénale, maladie beaucoup plus fréquente menant en général à une insuffisance rénale. A l’avenir, la connaissance complète des détails atomiques des différentes conformations du récepteur V2, aussi bien actives (en présence d’agonistes et des partenaires de signalisation) qu’inactives (en présence d’antagonistes) guidera le développement rationnel de nouvelles molécules thérapeutiques améliorées. Cette perspective de recherche est cruciale vis-à-vis de maladies difficiles à gérer et accablantes pour les patients.

Lien publication : Structure of the vasopressin hormone-V2 receptor-b-arrestin1 ternary complex.
J. Bous#, A. Fouillen#, H. Orcel, S. Trapani, X. Cong, S. Fontanel, J. Saint-Paul, J. Lai-Kee-Him, S. Urbach, N. Sibille, R. Sounier, S. Granier*, B. Mouillac*, P. Bron*.

 

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Comparaison des complexes de signalisation du récepteur V2 impliquant la ß-arrestine1 (à gauche) et la protéine Gs (à droite). Les trois sous-unités a, b et g de la protéine G sont représentées. Une version tronquée (barr1DCT) de la ß-arrestine1 a été utilisée dans cette étude.

 

 

Structure originale et régulation par acétylation de la NADK2 humaine

Les NAD+ kinases (NADK) sont des enzymes métaboliques qui phosphorylent le NAD+ pour produire le NADP+, un substrat limitant pour la génération de NADPH au pouvoir réducteur. La NADK2 est responsable de la production du NADPH mitochondrial qui permet la biosynthèse de proline et la défense contre le stress oxydatif. Cependant, son architecture moléculaire et son mécanisme de régulation restent non décrits. Ici, nous rapportons la structure cristallographique de la NADK2 humaine, révélant un mode d'activation piloté par le substrat. Nous constatons que la NADK2 présente une organisation en dimère inattendue au lieu de l'assemblage typique en tétramère observé pour les autres NADK. Un segment étendu spécifique (aa 325–365) est crucial pour la dimérisation et l'activité de la NADK2. De plus, nous caractérisons de nombreux événements d'acétylation, y compris ceux sur les Lys76 et Lys304, qui résident près du site actif, et inhibent l'activité de la NADK2 sans perturber la dimérisation, réduisant ainsi la production mitochondriale de NADP(H), la synthèse de proline et la croissance cellulaire. Ces découvertes révèlent des informations moléculaires importantes sur la structure et la régulation d'une enzyme vitale dans le métabolisme mitochondrial du NADPH et de la proline.

 

NADK2 900px

 

Charline Mary, Mona Hoseini Soflaee, Rushendhiran Kesavan, Muriel Gelin, Harrison Brown, Lauren G. Zacharias, Thomas P. Mathews, Andrew Lemoff, Corinne Lionne, Gilles Labesse* and Gerta Hoxhaj*

Texte Complet : https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.06.026

 

La structure du récepteur de la dioxine (AHR) révélée par cryo-microscopie électronique

Les organismes vivants ont développé des capteurs protéiques qui les aident à s'adapter à leur environnement. Le récepteur des hydrocarbures aromatiques (AHR) est un membre emblématique de cette classe de protéines. AHR est un facteur de transcription ligand-dépendant qui intervient dans un large éventail de processus physiologiques et pathologiques en réponse à des centaines de substances chimiques ou naturelles. Notamment, AHR est historiquement connu comme le récepteur de nombreux polluants tels que la dioxine ou les PCBs dont il médie le métabolisme mais également les effets délétères. En revanche, de nombreux composants de l’alimentation ou leurs métabolites issus de notre microbiote intestinal ont été décrits comme des ligands d’AHR ayant des effets bénéfiques sur la santé. Des dérèglements du fonctionnement d’AHR sont impliqués dans l’apparition de diverses pathologies telles que des cancers ou des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin. Jusqu’à aujourd’hui la grande instabilité de cette protéine et l'absence de données structurales à haute résolution qui en découle limitaient notre compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels l’activité transcriptionnelle d’AHR peut être modulée par une telle diversité de composés. En utilisant la cryo-microscopie électronique, nous avons résolu la structure 3D d’un complexe fonctionnel comprenant AHR lié à l’un de ses ligands naturels, l’indirubine, la chaperonne Hsp90 et la co-chaperonne XAP2. La structure à une résolution de 2,8 Å révèle une action concertée de Hsp90 et XAP2 permettant de maintenir le récepteur dans une forme stable et fonctionnelle. Elle fournit surtout la première visualisation expérimentale du domaine de liaison du ligand d’AHR et révèle une organisation unique de la poche ou se fixent les petites molécules régulatrices. En dévoilant les déterminants moléculaires qui sous-tendent l’affinité, la spécificité et la diversité de liaison au récepteur, notre étude rationalise plus de quarante années de données biochimiques et apporte un éclairage nouveau sur le fonctionnement de ce récepteur important pour la régulation des interactions de l’hôte avec son environnement. En outre, ces informations à l’échelle atomique fournissent un cadre rationnel pour mieux comprendre l’impact des polluants environnementaux sur la santé humaine et la conception de médicaments ciblant AHR.

Accéder à l’article : https://rdcu.be/cZOTT

dioxine AHR

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