allostérie, dynamique conformationnelle et signalisation via les RCPG – allosig

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) constituent la principale famille de récepteurs membranaires responsables de la communication cellulaire. Ils sont impliqués dans la plupart des processus physiologiques et patho-physiologiques et constituent une cible majeure pour des candidats médicaments. La transmission du signal via les RCPG est complexe. En effet, un même récepteur peut activer des voies de signalisation multiples associées à des effecteurs distincts (protéines G, arrestines). Par conséquent, un ligand, qualifié de ligand biaisé, pourra avoir une efficacité distincte vis à vis de ces différentes voies. Par ailleurs, de nombreux partenaires des RCPG sont capables d'affecter, de façon allostérique, la transmission du signal. Parmi eux se trouvent des molécules de synthèse, les protéines de signalisation, des partenaires de dimérisation ou les lipides constituant l'environnement membranaire du récepteur. Comprendre comment se fait cette signalisation impose, de facto, de définir les mécanismes sous-jacents à tous ces processus. Le modèle en cours suppose que la multiplicité fonctionnelle des RCPG est liée à leur forte dynamique conformationnelle : les RCPG seraient des protéines particulièrement flexibles pouvant adopter de multiples conformations, chacune associée à un profil de signalisation donné. Les ligands, les partenaires protéiques et l'environnement membranaire pourraient moduler la dynamique d'interconversion entre les différents états, expliquant ainsi la signalisation biaisée et la modulation allostérique. Cependant, les preuves expérimentales permettant d'étayer ce modèle sont parcellaires. En effet, même si de nombreuses structures cristallographiques de RCPG ont été obtenues à ce jour, elles ne représentent qu'un échantillon très limité de la palette d'états conformationnels que peut adopter un récepteur. Seule la combinaison de méthodes biophysiques avec des résolutions spatiales et temporelles complémentaires pourra apporter une description complète de l'espace conformationnels que peut explorer un RCPG. Dans ce contexte, nous proposons d'étudier le dialogue conformationnel se produisant au cours de deux des principaux événements de la signalisation : la liaison du ligand et l'activation du récepteur. Nous utiliserons pour cela une stratégie fondée sur l'utilisation concertée des méthodes de RMN en solution et de dynamique moléculaire, principalement. Ces méthodes seront appliquées aux récepteurs de la ghréline (GHSR) et aux opiacés (KOP). En plus d'être des prototypes de RCPG, ces deux récepteurs sont des cibles importantes pour des applications biomédicales. En effet, des ligands du GHSR pourraient être utilisés dans le traitement de l'obésité, du diabète et de l'addiction alors que ceux du KOP devraient avoir un effet analgésique et anti-addictif. Plus précisément, nous nous proposons d'apporter une description des paramètres structuraux, thermodynamiques et cinétiques de la liaison des ligands par des mesures de RMN, de calorimétrie et de fluorescence (Tâche 1). En parallèle, nous analyserons, par RMN en solution et modélisation moléculaire, la dynamique conformationnelle des deux récepteurs et la façon dont elle est influencée par les ligands, l'environnement lipidique ou des partenaires protéiques (Tâche 2). Ces travaux s'appuieront sur les systèmes modèles développés au cours des dernières années par les membres du consortium (récepteurs purifiés reconstitués dans des nanodisques lipidiques, protéines de signalisation), ce qui garantit leur faisabilité. Il est ainsi à attendre de ces études une description détaillée des évènements moléculaires reliant la liaison d'un ligand à la stabilisation d’une conformation spécifique du récepteur puis à l'activation sélective d'une voie de signalisation. Ce faisant, elles pourraient également permettre de guider, sur des bases rationnelles, la conception de composés à visée thérapeutiques plus spécifiques et mieux ciblés.