Modulation allostérique de la dynamique conformationelle et de le sélectivité fonctionnelle des RCPG par l'environnement cellulaire – DYNALAND

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) forment la plus grande famille de récepteurs membranaires capables de lier de multiples ligands. Ils sont impliqués dans de nombreux processus biologiques et constituent, de ce fait, des cibles pharmacologiques majeures avec des applications potentielles dans des sphères cliniques variées. Les RCPG transmettent des signaux multiples en se couplant à différents partenaires intracellulaires (protéines G, GRKs, arrestines). De plus, cette multiplicité fonctionnelle est modulée par l'environnement, notamment par les lipides membranaires et les protéines accessoires qui agissent comme des modulateurs allostériques endogènes des récepteurs. Cependant, les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le contrôle allostérique de la transmission du signal par l’environnement cellulaire restent à définir. L'hypothèse en cours stipule que les RCPG seraient capables d’adopter un continuum d’états conformationnels différents ayant chacun des propriétés fonctionnelles particulières. La distribution de ces différents états pourrait être régulée, de manière allostérique, par l’environnement du récepteur, entraînant une modulation de la signalisation et, in fine, de la réponse biologique. Dans ce contexte, notre projet vise à étayer ce modèle par une analyse de la sélectivité de signalisation des RCPG et de sa modulation allostérique par la membrane et les protéines accessoires en utilisant le récepteur GHSR de la ghréline comme modèle. En plus d’être une cible thérapeutique majeure, ce récepteur est particulièrement bien adapté à ce type d'analyse. En effet, il s’agit d’un RCPG au profil pharmacologique complexe capable d’activer de multiples voies de signalisation qui, à leur tour, régulent de nombreuses fonctions physiologiques (prise alimentaire, homéostase lipidique, sécrétion d'insuline, circuit de la récompense…). Par ailleurs, la régulation allostérique par les lipides de la membrane et par une protéine accessoire, MRAP2, est au cœur de la signalisation ghrélinergique. Pour mener à bien ce projet, nous avons réuni un consortium d’équipes avec des compétences reconnues en chimie médicinale, pharmacologie moléculaire et cellulaire, biochimie des protéines membranaires, biophysique et modélisation moléculaire dans le but de décrire la distribution des différents états dans le paysage conformationnel du GHSR et définir le profil pharmacologique qui y est associé (Tâche 1) puis, sur cette base, élucider comment cette diversité conformationnelle et fonctionnelle est régulée par les lipides membranaires (Tâche 2) et la protéine accessoire MRAP2 (Tâche 3). Chacune de ces tâches s'appuiera sur les outils que nous avons d’ores et déjà développés - récepteurs purifiés dans des nanodisques lipidiques, lignées cellulaires recombinantes - et sur une approche transdisciplinaire intégrée associant la modélisation moléculaire, la biophysique (fluorescence en molécule unique, RMN en solution, spectrométrie de masse par échange hydrogène-deutérium) et la pharmacologie cellulaire. Notre expertise, l’accès à des systèmes modèles originaux mais néanmoins robustes, l’utilisation combinée de méthodes computationnelles et expérimentales de pointe dans le domaine, ainsi qu’une série de résultats préliminaires venant étayer la stratégie proposée, garantissent la faisabilité du projet. Au final, DYNALAND devrait fournir une description détaillée des bases moléculaires responsables de la sélectivité fonctionnelle des RCPG et de son contrôle allostérique par l'environnement cellulaire, d’une part, et ouvrir la voie à la conception d’une nouvelle génération de composés à visée thérapeutique avec moins d'effets secondaires indésirables en raison d'une sélectivité fonctionnelle accrue, d’autre part. Enfin, notre projet nous permettra également d’élaborer une stratégie multidisciplinaire intégrée qui pourra s’appliquer à d'autres systèmes pharmacologiques d’intérêt.