Activation mécanique, sucre-dépendante du récepteur ß2-adrénergique: un nouveau paradigme physiopathologique – MECAD-R

Nous étudierons plusieurs hypothèses émergent d'une étude précédente, dans laquelle nous avons élucidé les interactions protéine-protéine et les voies de signalisation activées par un pathogène bactérien (N. meningitidis, ou méningocoque, l'agent de la méningite cérébrospinale) pour coloniser le système vasculaire cérébral et franchir la barrière hémato-encéphalique. Nos données préliminaires indiquent qu’après une adhésion précoce aux cellules endothéliales, médiée par la molécule CD147, N. meningitidis, active spécifiquement dans les cellules hôte le récepteur bêta-2 adrénergique humain (ß2AR), un membre de la famille des récepteurs couplés aux protéines G (GPCR). Le ß2AR est très probablement activé allostériquement par PilE et PilV, deux composants des pili de type IV du méningocoque (Tfp), qui interagissent avec des résidus d’acide sialique terminant les deux chaines glycaniques de la région N-terminale du récepteur. Il s’agirait donc d’un mécanisme jusqu'ici inconnu d’activation d’un GPCR qui contribuerait aussi potentiellement à expliquer la sélectivité d’espèce du pathogène, qui n'infecte que l'homme. Dans le contexte de l’infection par N. meningitidis, le pathogène pourrait activer son récepteur de signalisation par l’intermédiaire de forces mécaniques. En effet, les Tfp sont des organelles rétractables, cette propriété permettant à la bactérie de se déplacer à la surface des cellules endothéliales. Les colonies bactériennes attachées à la surface luminale des cellules endothéliales sont aussi soumises à des forces de cisaillement générées par le flux sanguin. Ainsi, les pili pourraient exercer une traction sur le ß2AR via leur pilines liées aux sucres du récepteur. Nos données préliminaires soulèvent l'hypothèse de propriétés mécano-transductrices des ß2AR des cellules endothéliales, qui seraient déclenchées par des forces de traction engageant les chaînes sucrées du récepteur. Bien que l’on suppose depuis longtemps que des forces mécaniques directement appliquées sur des GPCR «classiques» puissent les activer, notre projet le démontrerait expérimentalement pour la première fois.
Le projet vise également à caractériser les forces physiques susceptibles d'activer ce GPCR et à déterminer comment ces forces induisent son changement conformationnel activateur. Pour étudier ces questions, nous avons intégré à notre groupe un physicien possédant des compétences à la fois en physique de la matière molle et en biologie cellulaire, et une compétence technique pour la mesure des forces au niveau moléculaire dans les cellules vivantes.
Enfin, bien que se produisant dans un contexte physiopathologique, certains mécanismes moléculaires que nous étudions reflètent probablement des aspects physiologiques inconnus de la signalisation du ß2AR. Par exemple, nos données démontrent que le récepteur d’adhésion au méningocoque (CD147) et le ß2AR sont pré-associés dans les cellules endothéliales, mais la fonction physiologique de cet hétérodimère reste inconnue. De plus, nos données préliminaires indiquent des propriétés de mécano-transduction potentielles insoupçonnées du ß2AR dans un autre contexte que l’infection bactérienne. Le rôle physiologique de ce mode particulier d'activation du récepteur dans le contexte de la communication / interaction cellule-endothélium reste totalement inexploré et représente l'un des objectifs de notre projet.
Les principaux objectifs de la proposition sont donc les suivants:
Démontrer que la composition des glycanes du ß2AR contribue la sélectivité de N. meningitidis pour l'homme.
Établir le rôle de l'activation du ß2AR et de la (des) sialyltransférase (s) dans la physiopathologie de l'infection à méningocoque in vivo.
Confirmer que les forces mécaniques exercées sur les glycanes du ß2AR induisent des voies de signalisation spécifiques dans les cellules endothéliales et caractériser ces forces.
Caractériser les voies de signalisation en aval du ß2AR activé mécaniquement et leur rôle en physiologie.