Récepteurs métabotropes et protéines G - Cours 6 Flashcards
Combien de domaines transmembranaires possèdent les récepteurs couplés aux protéines G?
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Définissez les récepteurs ionotropiques
ACTIONS RAPIDES DES NTS
* Sont les exécuteurs des réponses : augmentation de conductance
* Les fonctions «récepteur» et «effecteur» sont combinées dans une seule protéine
* Activation et signalisation se font en un seul pas
* Actions ordre de millisecondes
* Localisation habituellement postsynaptique
Définissez les récepteurs métabotropiques
ACTIONS LENTES DES NTS
* Ils modulent les réponses ionotropiques
* Le récepteur et l’effecteur sont des protéines différentes
* Implique une étape de transduction d’information entre activation et réponse
* Actions ordre de secondes ou minutes
* Largement distribués dans la cellule
Quelles sont les 6 généralités des RCPGs?
i) La plus grande famille de protéines membranaires codées par le génome humain:
* Environ 800 gènes
* Environ ¼ des gènes codent pour des récepteurs dont la fonction reste inconnue
ii) Plus grande famille de protéines membranaires avec fonction signalétique (Nb: sont le double de tous les canaux confondues)
iii) Constituent la cible d’environ 30% des drogues thérapeutiques sur le marché
iv) Activés par une grande diversité de stimuli extracellulaires
v) Utilisent les protéines G hétérotrimériques (GaBy) comme transducteurs des signaux (donc RCPGs)
vi) Ils ont tous la même structure de base (7TMRs)
Quelles sont les 3 étaies de la signalisation des RCPGs?
A + R <–> AR
Occupation
A R <–> AR*
Activation
AR* <–>ARG<–> E
Réponse
Quels sont les 3 types des RCPGs?
A. RCPGs reconnaissant des petites molécules
B. RCPGs reconnaissant des peptides larges
C. RCPGs reconnaissant des AA : (GLU, GABA)
Expliquez l’étape d’occupation pour les RCPGs reconnaissant des petites molécules
Ligands: monoamines (NE, DA), Ach, Adenosine, opiacés
Ligand logé a l’intérieur des domaines transmembranaires
e.g.: récepteur 2 adrénergique
Expliquez l’étape d’occupation pour les RCPGs reconnaissant des peptides larges
- Récepteurs activés par des hormones peptidiques (glucagon, VIP, calcitonine, PTH, PACAP)
- Liaison implique surtout les domaines extracellulaires, et de façon secondaire les domaines transmembranaires
- Récepteurs possèdent N-terminal globulaire avec multiples ponts –S-S- conservés
Expliquez l’étape d’occupation pour les RCPGs reconnaissant des AA : (GLU, GABA)
- Cette classe inclue mGluRs, GABABRs,
- Le site du ligand orthostérique (Glu, GABA) est complétement extracellulaire et est formé par un domaine «venus fly-trap» dans la portion N-terminale
- Les récepteurs dans cette classe forment des dimères constitutifs
Récepteur mGluR1 a été cristallisé :
Domaine «venus fly-trap» (Site orthostérique pour Glu)
Domaine riche en Cystéines
Domaine TM
Comment se fait l’activation du récepteur?
Implique des changements de conformation au niveau des domaines TM3, TM5 et TM6
Les changements de conformation au niveau des domaines TM3, TM5 et TM6 séparent les boucles intracellulaires 2 et 3 …
Comment se fait l’activation de la protéine G?
Le récepteur modifié par l’agoniste active la protéine G et provoque l’échange de GDP par GTP
En gros, quelles sont les phases de l’activation des RCPGs?
A. Complexe Inactif
B. Complexe Actif (échange GDP-GTP)
C. Avec l’échange de GDP/GTP Ga et GBy se séparent pour moduler différents types d’effecteurs
D. Ga hydrolyse GTP en GDP et l’hétérotrimère inactif se reforme
Comment peut-on étudier la dynamique d’activation de la protéine G?
En utilisant la technique de Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET)
Ratio BRET = GFP Fluorescence/Luciferase luminescence
Où se trouvent les sites de liaison pour ligands orthostériques?
Dans le N-terminal, boucles extracellulaires et domaines transmembranaires (DTMs), selon le ligand
Par quoi est médiévismes la réponse cellulaire des RCPGs?
Par des effecteurs qui répondent aux sous-unités a et les dimères GBy de la protéine G
Les effecteurs enzymatiques des protéines G modulent les 2nd messagers
Quels sont les effecteurs de la sous-unité Ga?
Effecteurs enzymatiques :
Gas - Adenylate cyclase (stimulent)
Gai/o/z - Adenylate cyclase (inhibent)
Gaq/11 - Phospholipase CBêta (stimulent )
Ga12/13 - Petites protéine G Rho
Quels sont les effecteurs de la sous-unité GBêtaGamma?
Effecteurs enzymatiques :
Adenylate cyclase
Phospholipase CBêta
Phospholipase A
(Activés par GBy)
Canaux :
Kir3.1/3.2 et Kir3.1/3.4 : GBy active
Cav 2.1 et Cav 2.2 : GBy inhibe
Quel est le système Gas-cyclase ?
Norepinephrine ->Récepteur B-adrenergique -> Gs -> Adenylyl cyclase -> cAMP -> Protéine kinase cAMP dépendante
Quel est le système Gaq-PLCB ?
Ach -> Récepteur muscarinique Ach -> Gq -> PLC -> IP3 et DAG -> Ca2+ release et PKC
Quelles sont les “étapes” d’un système?
1- Signal externe 1er messager (hormones, Nts)
2- Récepteur
3- Transducteur et Effecteur primaire
4- Second messager
5- Effecteur secondaire
Que contrôlent les protéines Gas et Gai/o/z?
L’activité de l’adenylate cyclase
Qui fait de l’AMPc
Qui active PKA
Qu’est-ce qui dégradent l’AMPc et arrête la signalisation?
Les phospho-diestérases
Quels sont les effecteurs PKA?
GPCRs (desensibilisation)
Na+ channels (sensibilisation)
Ca+2 channels (sensibilisation)
AMPA (facilite LTP)
NMDA (facilite LTP)
CREB (+ transcription)
Que font les protéines de la famille des AKAPs?
Rassemblent les différentes composantes de la cascade AMPc :
AC, phosphatase, PDE, PKA, effecteurs PKA, effecteurs AMPc
Ainsi les AKAPs aident à localiser et intégrer la signalisation AMPc
Quelle est le rôle de l’AKAP dans la synapse glu et mémoire?
AKAP79/150 est exprimé dans la densité postsynaptique des synapses excitatrices du cerveau
* Elle forme un complexe avec AC 5/6, PKA et phosphatase PP2B (calcineurine)
* Ancré à la membrane par son interaction avec phospholipides
* Interagit avec des protéines synaptiques PSD95 qui maintiennent les récepteurs NMDA a la synapse
* Ainsi l ’AKAP permet à la PKA de réguler rapidement la phosphorylation et la fonction des canaux synaptiques excitateurs
* Suppression d’ AKAP79/150 dans l’hippocampe cause:
* Défauts de LTP et de mémoire
Expliquez ce que sont les PLCB1
Les PLCB1 sont des effecteurs enzymatiques activés par les sous-unités alpha des protéines Gaq/11
- PLCB est activé par Gaq/11 active
- PLCB active reconnait PIP2 à la membrane et le transforme en DAG…
- …et IP3
- IP3 Libère Ca+2 des compartiments intracellulaires
- Dans le cytosol la PKC reconnait le Ca+2 libéré mais pour devenir complètement activée doit…
- … aussi lier le DAG qui est resté à la membrane
- L’activité PKC optimale requiert DAG ainsi que des phospholipides membranaires. Donc, la forme active de ces PKCs est à la membrane
PKC est activé par quoi?
Liaison de :
i) Ca+2
ii) DAG
iii) PL membranaires
Comment se fait la désensibilisation homologue des RCPGs?
Phosphorylation par GRK :
* Les GRKs sont des kinases cytosoliques qui reconnaissent les RCPG dans leur conformation active
* Elles déclenchent ainsi la désensibilisation homologue
* Il y a différents types de GRK.
GRK2 et GRK3 sont recrutés a la membrane suite a l’activation de la protéine G.
* Le dimère GBy de la protéine G active interagit avec GRK2/3 et la recrute à la membrane en proximité du récepteur
* Les GRKs phosphorylent le récepteur au niveau des résidus Ser/Thr du C-term et 3ieme boucle intracellulaire
* Le récepteur phosphorylé augmente son affinité pour la B-arrestine qui interagit d’abord avec le C-terminal du récepteur
* La Barr s’insinue après dans le creux entre les boucles intracellulaires 2 et 3 et déplace la sous-unité Ga de la protéine G.
LE RÉCEPTEUR N’EST PLUS CAPABLE DE SIGNALISER A LA SURFACE DE LA CELLULE
Comment se fait la séquestration du RCPGs?
- La Barr est aussi une protéine d’échafaudage pour des protéines endocytiques
- La conformation ‘tail’ permet Barr d’interagir avec des protéines endocytiques tels que:
- Clathrine permet la déformation progressive de la membrane jusqu’à la formation des vésicules d’endocytose.
- Une fois la cage de clathrine complétée, la vésicule est scindée de la membrane par l’intermédiaire de dynamine
- AP2 est un complexe protéique qui stimule le recrutement de clathrine et son organisation en cages au tour de la Barr liée au récepteur.
- Dynamine est une GTPase qui n’intéragit pas avec Barr.
Elle polymérise autour du cou de la vésicule naissante et la détache de la membrane vers le cytosol
Expliquez le trafic post-endocytique
- Après internalisation les récepteurs peuvent suivre deux itinéraires différentes:
Dégradation dans les lysosomes
Déphosphorylation et recyclage
1- DÉSENSIBILISATION A LONG TERME :
* Les récepteurs qui forment un complexe stable avec Barr ne recyclent pas. La Barr favorise l’ubiquitination une transformation qui dirige les protéines vers la dégradation lysosomale
2- SIGNALISATION INTRACELLULAIRE (ENDOSOMALE)
3- RESENSIBILISATION :
* Les récepteurs qui se dissocient de la Barr peuvent être déphosphorylés au niveau endosomal et renvoyés à la membrane pour un autre cycle de signalisation
Expliquez la différence entre signalisation classique et signalisation endosomale
- Signalisation classique: a lieu à la membrane
* Est terminée suite au recrutement de Barr en conformation ‘core’
* Cette forme de signalisation est rapide et transitoire - Signalisation endosomale: a lieu à partir des compartiments intracellulaires
* Comporte interaction avec Barr en conformation ‘tail’ et l’internalisation du récepteur
* Signalisation soutenue
* Signalisation par Ga et ACs
L’interaction de Barr avec GBy et le récepteur empêche d’interrompre la signalisation par Ga
Quel est l’impact fonctionnel de l’activation des RCPGs?
Modulation des canaux membranaires par la voie des seconds messagers :
1- Modulation présynaptique : Reflexe sensori-moteur (rétraction de la branchie: aplysie)
2- Modulation postsynaptique : Sensibilisation à la douleur
3- Modulation de l’excitabilité du soma : Modulation induite par drogues d’abus
Qu’est-ce qui augmente l’excitabilité du neurone sensoriel lors de l’aplysie?
Les interneurones sérotoninergiques du ganglion abdominal de l’aplysie
L’effet sur l’excitabilité s’accomplie suite a la phosphorylation et inactivation d’un canal K+ (S channel) par la PKA
Comment la régulation des canaux par seconds messagers peut être mimé expérimentalement?
Administration de 5-HT dans le bain
Injection d’AMPc intracellulaire
Injection de PKA active du coté intracellulaire du canal
Quelles sont les composantes de la transmission de la douleur aigue?
Composant AMPA majoritaire
Composant NMDA minimal
Comment se fait la sensibilisation à la douleur?
«La soupe inflammatoire» contient des ligands pour RCPGs qui augmentent la signalisation NMDA
L’activation des RCPGs par médiateurs inflammatoires induit sensibilisation des canaux NMDA et la plasticité qui soutient la douleur chronique
Que fait la consommation aigue des drogues d’abus?
Augmente l’excitabilité des neurones du noyau accumbens
* L’administration des différents types de drogues d’abus augmente la disponibilité extracellulaire de DA dans le noyau accumbens.
* La DA est libérée a partir des terminaisons dopaminergiques provenant de l’aire tegmentale ventrale
* La DA libérée par les terminaisons provenant du VTA agit sur des RCPGs de type D1 exprimés par les neurones «medium spiny» (MSN) du N. Accumbens
* L’activation aigue des récepteurs D1 stimule la production d’AMPc et l’activation subséquente de PKA
* PKA phosphoryle des canaux Na+ dépendant du voltage et augmente leur perméabilité lors de l’ouverture par dépolarisation
* Donc, la consommation des drogues d’abus augmente l’excitabilité des MSN a travers l’activation des D1R couplés a Gas
Que fait l’augmentation d’AMPc intracellulaire par la dopamine?
Augmente la perméabilité des canaux Cav1.2 de façon réversible
1- La dépolarisation augmente la perméabilité du canal Cav1.2 et le courant qui passe à travers
2- L’ajout de dopamine dans le bain augmente le courant produit par le même canal
3- L’effet se perd suite au lavage de l’agoniste du D1R
Qu’est-ce qui mime l’effet de la dopamine sur la perméabilité des canaux CAV1.2?
L’injection intracellulaire d’AMPc :
L’injection intracellulaire d’AMPc augmente le courant calcique induit par dépolarisation
Qu’est-ce qui est modulé directement par le dimère GBy provenant des protéines Gi/o?
Les canaux calciques voltage-dépendant N/P/Q (Cav2) et les canaux potassiques GIRK (Kir3)
À travers le dimère GBy les protéines Gai/o:
* Activent des canaux K+ de la famille Kir3 (ou GIRK)
* Inhibent les canaux Ca+2 voltage dépendent de type Cav2 (N/P/Q)
* Les canaux Cav2 et Kir3 sont des effecteurs habituels des récepteurs tels que GABAB, opioids, a2ADR, M2, 5-HT1, CB1, D2, tous couplés aux protéines Gai/o
Donnez un exemple de modulation des Cav3 et des Kir3
Modulation des canaux par les récepteurs opiacés et analgésie spinale
* Les canaux Cav2 régulent la libération de NTs au niveau des terminaisons présynaptiques
* Les canaux Kir3 hyperpolarisent la membrane et réduisent l’excitabilité de la deuxième neurone de la voie de la douleur
Quel est le rôle de GBy provenant des protéines Gi/o?
Régulation directe des canaux
Le dimère GBy des protéines Gai/o:
* Activent des canaux K+ de la famille Kir3 (ou GIRK)
* Inhibent les canaux Ca+2 voltage dépendent de type Cav2 (N/P/Q)
Quels sont les particularités des canaux GIRK ou canaux Kir3?
Les canaux Kir3 sont formés par quatre sous- unités indépendantes qui définissent le pore sélectif aux ions K+
Il y a quatre sous unités différentes: Kir3.1- Kir3.4
Les canaux formés par des sous-unités Kir3.1/3.2 sont dans le SNC
Kir3.1/3.4 sont dans le cœur
Le canal s’ouvre suite à l’interaction du dimère GBy avec les domaines cytosoliques des sous-unités Kir3
- Le site d’interaction du dimer G se trouve sur deux sous unités voisines du canal, alors il y a 4 interfaces
- Le canal s’ouvre suite a la rotation imposé sur les sous-unités du canal par l’apposition du dimer GBy
Que peuvent faire les canaux Kir3 et la protéine Gi/o?
Peuvent former des complexes signalétiques avec certains RCPGS
Des complexes formés par canaux Kir3
+
GABABR ou DA D2R ou B2ADR
(ont été isolés du SNC)
Les complexes permettent d’assurer la vitesse de signalisation et la spécificité d’interaction de tous les partenaires
Dans ces complexes l’activation de la protéine G et du canal Kir3 se fait de façon simultanée
Qu’est-ce qui inhibe de façon indirecte l’activité des canaux Kir3?
L’activation des protéines Gaq qui consomment le PIP2 membranaire :
L’activation de la protéine Gq stimule la PLCB qui consomme PIP2 pour produire IP3 et DAG
L’ouverture totale des canaux Kir3 requièrent les sous-unités GBy de la protéine Gi/o et le PIP2 membranaire
Donc, en vidant la membrane de PIP2, l’activation de Gq interfère avec l’ouverture totale des canaux Kir3 par GBy provenant de Gai/o
Que sont des effecteurs directes des protéines Gi/o à travers le dimère GBy?
Les canaux Ca+2 voltage-dépendant de type Cav2
Présents dans SNC, afférents primaires et système nerveux autonome
Sont formés par 3 sous-unités:
1- Sous-unités régulatrice
Cava2-d
Adressage membranaire
2- Sous-unité régulatrice CavB
i) Adressage membranaire
ii) Cinétique d’activation/inactivation du canal
3- Sous-unité qui forme le pore Cava2
Que fait la sous-unité Cava?
- Consiste de quatre groupes de 6 DTM homologues: 5 et 6 définissent le pore de sélectivité
- Ses domaines sont connectés par 3 boucles intracellulaires (linkers)…Et flanqués par des domaines N et C-terminaux intracellulaires
- La 1ère boucle est le site d’interaction de la sous unité Cav
- La 2ème boucle permet l‘interaction avec des protéines synaptiques pour localisation du canal à la présynapse
- GBy interagit avec le canal au niveau des extrémités N et C-terminales ainsi que la 1er boucle
Comment se fait la modulation du canal Cav2.2 par GBy?
- Le stimulus d’ouverture du canal Cav2.2 est la dépolarisation de la membrane.
- GBy libéré par l’activation de Gai/o interagit avec le canal pour le moduler. Le dimère s’insinue entre le N-terminal et les premier linker (ou premier boucle intracellulaire).
- L’ interaction avec GBy déplace le seuil auquel les senseurs de voltage dans TM4 du canal s’activent pour ouvrir le canal, réduisant ainsi sa sensibilité à la dépolarisation.
- Par contre, si la dépolarisation devient trop grande, les senseurs de voltage induisent des changements conformationnels qui déplacent GBy et enlèvent l’inhibition.
Comment les RCPGs régulent la libération de neurotransmetteurs?
En modulant des protéines impliquées dans l’ amorçage et la fusion
* Les RCPGs contrôlent l’amorçage (docking) et la fusion des vésicules synaptiques
* Les effecteurs des différentes étapes régulées par RCPG sont les protéines les SNAREs pour l’amorçage et le Ca2+ pour la fusion
Expliquez la régulation de la libération de neurotransmetteurs par action de la sous-unité Ga
- Régulation par Ga : se fait à distance par système de 2nd messager et par activation des kinases.
- L’activation de Gas, production d’AMPc et activation de PKA: induit la phosphorylation de RIM et facilite l’amorçage (docking)
- L’activation de Gaq/PKC induit la phosphorylation des canaux Cav2 et augmente l’entrée de calcium nécessaire à l’amorçage et la fusion des vésicules
Expliquez la régulation de la libération de neurotransmetteurs par action du dimère GBy
- Se fait de façon locale, par interaction protéine-protéine et elle est plus rapide que celle médiée par la voie Ga-enzymatique
Vésicule - GBy inhibe l’entrée de Ca+2 à travers Cav2
- GBy inhibe le complexe SNARE par apposition directe à syntaxine et SNAP25
Que sont les auto-récepteurs?
- Par définition les autorécepteurs sont des récepteurs qui reconnaissent le neurotransmetteur libéré par les neurones sur lesquels ils sont exprimés
- Ils font partie des mécanismes de rétrocontrôle positif (Gas; Gaq) ou négatif (Gai)
- Les autorécepteurs sur les terminaisons inhibent la libération et assurent que le NT dépasse pas les limites de la synapse (e.g.: par inhibition des Cav2).
Que sont les hétéro-récepteurs?
- La libération de NT peux aussi être modulée par des récepteurs qui reconnaissent un NT différent de celui libéré par la neurone sur lequel ils sont localisés, il s’agit des hétérorécepteurs.
