Des chercheurs de l’Université de Chicago ont capturé des images complètes des récepteurs d’adhésion couplés aux protéines G et un autre moyen de les activer, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités pour la conception de médicaments.
Les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR), protéines intégrées dans les membranes cellulaires, sont la cible de près de 35 % de tous les médicaments approuvés par la Food and Drug Administration. En comparaison, les récepteurs d’adhésion couplés aux protéines G (aGPCR), qui forment la deuxième plus grande famille de ces récepteurs chez l’homme, ne disposent d’aucun médicament approuvé pour les cibler.
Les récepteurs aGPCR sont impliqués dans des processus tels que la croissance des tissus, la réponse immunitaire et la formation d’organes. Lorsque les aGPCR fonctionnent mal, ils jouent un rôle dans le développement de cancers, de troubles cérébraux et contribuent aux problèmes de croissance, ainsi qu’à d’autres maladies.
Une recherche de l’Université de Chicago (UChicago) a combiné deux techniques d’imagerie puissantes pour étudier la structure complète d’un aGPCR commun, y compris la manière dont la région extracellulaire longue et complexe qu’il présente (voir photo) interagissent avec la région transmembranaire intégrée à la surface d’une cellule. Les différentes positions et mouvements de la région extracellulaire semblent être un moyen important d’activer le récepteur.
“Cela ouvre de nouvelles opportunités pour droguer les GPCR d’adhésion, car… la région extracellulaire communique avec la région transmembranaire”, a déclaré le Dr. Véhicule Demet, professeur agrégé de biochimie et de biologie moléculaire à UChicago et auteur principal de l’étude publiée dans Communications naturelles.
La région extracellulaire d’un aGPCR s’étend de la membrane cellulaire jusqu’à l’espace extérieur à la cellule, où elle peut se lier à des molécules et des récepteurs d’autres cellules. Il se compose de plusieurs domaines, dont le domaine GPCR Autoproteolysis INducing (GAIN), qui peut se diviser en deux morceaux.
On pensait que les aGPCR étaient activés par un ligand extérieur à la cellule se fixant à l’un des domaines extracellulaires et divisant le domaine GAIN, laissant un peptide de ce domaine appelé agoniste captif (TA) attaché à la région transmembranaire. Ce TA séparé peut se déplacer et interagir avec la région transmembranaire pour initier la signalisation.
Mais un nombre croissant de recherches en biochimie montrent que de nombreuses fonctions des aGPCR ne reposent pas sur ce mécanisme dépendant du clivage. La séparation du domaine GAIN est également irréversible, laissant le récepteur dans un état constant « activé », ce qui peut être nocif pour la cellule. Une cellule peut avoir besoin d’activer et de désactiver un récepteur, il doit donc y avoir un autre moyen de le faire.
Le laboratoire d’Araç travaille depuis plus d’une décennie pour révéler la structure des aGPCR complets, dans l’espoir d’apprendre comment les signaux entrants sont transmis de l’extérieur vers l’intérieur de la cellule.
L’étudiant diplômé, le Dr Szymon Kordon, a dirigé la nouvelle étude en développant des travaux antérieurs visant à capturer des images de la structure complète de Latrophilin3, un aGPCR impliqué dans le développement des synapses cérébrales qui a également été associé au trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité et à certains cancers.
Kordon et Araç ont optimisé la génération et la purification de Latrophilin3 et capturé les premières images de microscopie électronique, mais ils ont dû faire face à de nombreux défis pour obtenir une bonne image du récepteur.
Travailler avec le Dr Antony Kossiakoff, professeur distingué Otho SA Sprague de biochimie et de biologie moléculaire à UChicago, pour créer un anticorps synthétique qui pourrait se fixer à l’aGPCR. La région extracellulaire a été stabilisée par cet anticorps et lui a donné une forme distinctive permettant à Kordon de capturer une image de la structure complète du récepteur en utilisant la cryomicroscopie électronique (cryo-EM). Les images résultantes ont été les premières à capturer la structure d’un aGPCR complet.
Les images cryo-EM ont montré que le domaine GAIN du récepteur a pris plusieurs positions différentes par rapport à la surface cellulaire. Chaque position différente du domaine GAIN a créé un point de contact différent entre celui-ci et la région transmembranaire. Les chercheurs se sont demandés si ces différentes configurations pouvaient constituer un moyen différent de communiquer avec la cellule, sans séparer complètement le domaine GAIN. Ils se sont donc associés au Dr. Reza Vafabakhchprofesseur agrégé de biosciences moléculaires à l’Université Northwestern, et le Dr Kristina Cechova, chercheuse postdoctorale à Northwestern, pour mener une deuxième série d’expériences permettant de suivre les mouvements des régions extracellulaires.
Cechova et l’équipe ont utilisé l’imagerie par transfert d’énergie par résonance de Förster (FRET), qui peut mesurer le transfert d’énergie entre des molécules proches les unes des autres. Après avoir fixé des marqueurs fluorescents à différents points des régions extracellulaires et transmembranaires de l’aGPCR, ils ont pu suivre ses mouvements à mesure qu’il répondait aux forces d’adhésion qui le tiraient et le poussaient. Ce qu’ils ont vu a confirmé leurs soupçons sur le fonctionnement des différentes configurations.
L’étude, “Le couplage conformationnel entre les domaines extracellulaires et transmembranaires module la fonction GPCR d’holo-adhésion“, a été soutenu par les National Institutes of Health, le Chicago Biomedical Consortium et le National Cancer Institute. Les autres auteurs incluent Sumit J. Bandekar, Katherine Leon et Przemysław Dutka de UChicago et Gracie Siffer de Northwestern.
Pour en savoir plus, visitez : 10.1038/s41467-024-54836-4
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