Structure et couplage des récepteurs 1

Question 1

Récepteurs couplés aux protéines G

Answer 1

• protéines qui passent 7 fois la membrane plasmique
• plus grande famille de récepteurs membranaires
• plus de 50% de tous les médicaments utilisées ciblent les RCPG
• 1 ligand peut activer plusieurs récepteurs

Question 2

Notions de bases sur les RCPG

Answer 2

• les hormones ou agents de stimulation sont généralement présentes en très faible concentration
• les neurotransmetteur libérés dans les synapses sont les exceptions (plus grande concentration)
  
  • les récepteurs possèdent une affinité qui peut être plus faible pour la liaison de leurs messagers
• chaque cellule possède plusieurs types de récepteurs pour le même messager et chacun peut induire une réponse spécifique
• plusieurs types de récepteurs, par l’activation de différents messagers, peuvent induire la même réponse biologique
• chaque récepteurs possèdent une :
  
  • spécificité de liaison (ex : β1Ar: NA<A et β2AR: A<NA)
  • spécificité de réponses biologiques (ex : seconds messagers, endocytose, etc.)
• plusieurs récepteurs peuvent s’ajouter pour amplifier la réponse
• l’activation des RCPG produit un changement de conformation tridimensionnel qui induit classiquement l’activation de protéines G hétérotrimériques

Question 3

Famille rhodopsin-like

Answer 3

• classe A
• 719 récepteurs
• plus de 500 médicaments
• ont un pont disulfure qui solidifie la structure
• domaine pour tous les récepteurs
• ont une modification de la queue qui s’accroche dans la membrane pour offrir plus de stabilité

Question 4

Famille secretin-like et adhesion

Answer 4

• hormones intestinales
• classe B
• 33 récepteurs
• ont aucun des motifs
• ex : GLP-1 active les récepteurs GLP-1 qui est un traitement pour le diabète de type 2

Question 5

Famille glutamate-like

Answer 5

• partie amino-terminale est longue et englobe le ligand extra cellulaire ce qui va induire un changement intramembranaire puis intracellulaire

Question 6

Sous-unité α

Answer 6

• Gs : couplé à la stimulation de l’AC et la formation d’AMPc qui est activé par la choléra toxine
• Gi/Go : couplé à l’inhibition de l’AC (pour arrêter la réponse), inhibé par la pertussis toxine, Go est plus prévalent dans le système nerveux
• Gq : production de seconds messagers via l’activation de la PLC et la production d’IP3/DAG
• G12/13 : couplé à l’activation de Rho, signalisation vers la petite protéine G Rho

Question 7

Sous-unité βγ

Answer 7

• contrôle l’interaction du récepteur avec Gα
• contrôle directement l’activation de certains effecteurs (PLCβ, AC, ion chancels)
• contrôle l’interaction des molécules régulatrices des récepteurs
• GRKs

Question 8

Gs

Answer 8

• production de seconds messagers via l’activation de l’adénylate cyclase (AC)
• active les protéines PKA

Question 9

Protéine kinase A

Answer 9

• hérérotétramère : 2 sous-unités régulatrices et 2 catalytiques
• isoformes : Rlα, RIβ, RIIα, RIIβ, Cα, Cβ, Cγ
• substrats (plus de 250) : canaux calciques de type L, 5-Lipoxygénase, β2Ar

Question 10

Mode d’activation protéine kinase A

Answer 10

• lorsque les taux d’AMP cyclique (cAMP) sont bas, les sous-unités catalytiques sont liées à un dimère de sous-unités régulatrices
• quand la concentration de cAMP augmente, le messager se plie à la sous-unité régulatrice et produit un changement de conformation menant à la libération de la sous-unité catalytique
• les sous-unités catalytiques phosphorylent leurs substrats

Question 11

Transduction du signal par les récepteurs

Answer 11

• voies indépendante de l’activation des protéines G
• ex : l’activation du β2Ar résulte en l’inactivation de l’échangeur NHE3 et à un changement de pH au niveau du rein, cet effet est dédié par la protéine NHERF qui lie directement β2AR et NHE3
• acides aminés permet d’interagir directement avec la protéine, donc pas besoin de protéine G)

Question 12

Nature intrinsèque du récepteur : variabilité génétique

Answer 12

• des mutations des récepteurs peuvent :
  
  • conférer une activité constitutive (hyperfonctionnements) ou perte de fonction
  • élargir la spécificité des ligands
  • augmenter la sensibilité du ligand
  • retarder la désensibilisation des récepteurs
• la plupart des mutations pathogéniques causent une perte de fonction des récepteurs
• environ 100 mutations mène à un gain de fonction
• celles-ci affectent la substitution d’acides aminés, le nombre de copies du gène, etc.

Question 13

Mécanisme de désenbilisation

Answer 13

• le phénomène de désensibilisation des récepteurs est un mécanisme de contrôle de la durée et de l’intensité du signal suite à l’exposition soutenue d’un agoniste
• ex : désensibilisation des allergies, odeurs (perte de réponse après stimuli de l’agoniste)

Question 14

Étape 1 de désensibilisation

Answer 14

• phosphorylation des récepteurs
• kinases des récepteurs couplés aux protéines G : GRK
• kinases des seconds messagers : PKA, PKC

Question 15

GRK

Answer 15

• serine/threonine kinases
• 3 classes : GRK1, GRK7 + GRK2, GRK3 + GRK4, GRK5, GRK?
• cytosolubles
• partenaires d’interaction : Gβγ, PIP2, PI-3K, tubulin, actin, etc.

Question 16

Étape 2 de désensibilisation

Answer 16

• liaison des protéines arrestines (arrêt du signal)
• les βarrestines sont des protéines intracellulaires qui sont recrutées aux récepteurs activés
• elles encombrent stérilement le côté intracellulaire du récepteurs prévenant le couplage subséquent aux protéines G

Question 17

Arrestines

Answer 17

• arrestin, rarrestin, βarrestin 1 et βarrestin 2
• partenaires d’interaction : 337 clathrin, AP-1, NSF, Src, PIP3, IP6, ARNO, ARF6, JNK#, Erk, MDM2, etc.
• spécificité : distribution, certains récepeurs βarrestin 1 =2 ou βarrestin 2 > 1
• βarrestines peuvent aussi activer des voies de signalisation (alternatives, pas nécessairement avec G protéine)
  
  • ex : activation de la voie mitogénique (MAPK)

Question 18

Rôle de la βarrestin sur la désensibilisation

Answer 18

• effet d’une inhibition de l’expression endogène des argentines sur l’accumulation d’AMPc suite à l’activation du β2AR
• plus grande production d’AMPc lorsque les récepteurs ne sont plus désensibilisés

Question 19

Internalisation des récepteurs

Answer 19

• la majorité des récepteurs désensibilisés sont internalisés pour être recyclés, dégradés ou être envoyés vers d’autres compartiments intracellulaire

Question 20

Voies d’internalisation dans les cellules mammifères

Answer 20

• CCV (vésicules tapissées de clathrine) : plus utilisée, plus grand, anneau + filet de clathrine, implique le recrutement de protéines clés vers la membrane plasmique
• Caveolae : anneau de dynamine pour couper, région riche en cholestérol, formée à partir des lipides membranaires (cholestérol)
• NCCV : petites, utilisées par peu de récepteurs

Question 21

Rôles de l’endocytose

Answer 21

• transport intracellulaire de molécules
• contrôle de la réponse cellulaire
• resensibilisation
• dégradation
• transduction du signal

Question 22

Quelle est la différence entre récepteurs couplé à une protéine G et protéine G?

Answer 22

• hétéro vs. mono (Rho)

Question 23

Quels sont les seconds messagers les plus important générés suite à l’activation des protéines Gs et Gq?

Answer 23

• Gs = AMPc
• Gq = Ca

Question 24

Qu’ont en commune les GRK et les protéines kinases des seconds messagers (PKA et PKC)?

Answer 24

• kinase ajoute un phosphate
• phosphorylation

Question 25

Quels sont les rôles des βarrestines?

Answer 25

• désensibilisation
• internalisaiton
• transmission du signal

Question 26

Quelles sont les grandes classes de récepteurs de protéines G?

Answer 26

• rhodopsine
• sécrétine-like
• glutamate-like

Question 27

Signalisation biaisée

Answer 27

• ex : agoniste biaisé choisi Gs au lieu de arrestines

Question 28

Concept de la signalisation biaisée ou sélectivité fonctionnelle : design de meilleur médicament

Answer 28

• le changement induit par la liaison du ligand mène à l’activation de toutes les voies de signalisation
• un ligand peut activer une combinaison de voies spécifiques

Question 29

Exemple par des modulateurs allostériques

Answer 29

• modulation orthostatique : modulation de toutes les voies de signalisation
• modulation allostérique : activation des voies protéines G-dépendantes ou activation des voies βarrestine-dépendantes

Question 30

Modulation allostérique positive (PAM)

Answer 30

• l’ajout du Sensipar augmente la sensibilité du récepteur CaS à lier le Ca
• utilise pour traiter la suractivité des glandes parathyroïdes des patients souffrants de maladies chroniques du rein et pour réduire les taux sériques élevés de Ca lors d’hyperparathyroïsme ou de cancer des glandes parathyroïdes

Question 31

Modulation allostérique négative (NAM)

Answer 31

• le maraviroc est considéré comme un antagoniste mais agit de façon allostérique
• utilisé pour traiter le VIH : bloque l’agilité de gp120 d’interagir avec le récepteur CCR5 qui est un co-récepteurs du VIH médiant son entrée dans les cellules

Question 32

Comment ajouter de la texture à la réponse pharmacologique?

Answer 32

• dimérisation des récepteurs à 7 passages transmembranaires : homo et hétérodimérisation
• rôle : mouvement vers la membrane plasmique et diversité de la pharmacologie
• la dimérisation peut être détectée bio chimiquement et par microscopie
• le BRET est une approche utilisée pour détecter la dimérisation (bioluminescence, résonance, Energy, transfer)

Question 33

Ex : Comment ajouter de la texture à la réponse pharmacologique?

Answer 33

• dimérisation focntionnelle des récepteurs GABAB1/2 : dimer obligatoire pour l’expression à la membrane
• les récepteurs GABAb1 ET GABAb2 sont co-exprimés
• GABAb1 est responsable de la l’irions du GABA
• GABAb2 est responsable de l’expression membranaire du GABAb1 et média l’activation de la protéine G

Question 34

Résumé : voies de signalisation

Answer 34

• les ligands biaisés peuvent activer certaines voies de signalisation mais pas toutes comme le fait le ligand naturel
• les modulateurs allostériques (PAM et NAM) peuvent biaiser la signalisation des récepteurs activés par leurs ligands
• la formation de digères peut diversifier la signalisation induite par des ligands

Question 35

Récepteurs canaux

Answer 35

• famille de canaux ioniques qui s’ouvrent en réponse à la liaison d’un messager chimique
• ces récepteurs sont souvent activés par des neurotransmetteurs
• convertissent des signaux chimiques libérés du neurone pré-synaptique directement et très rapidement en un signal post-synaptique électrique puisque le passage d’ion change le potentiel membranaire

Question 36

Classification des récepteurs-canaux : selon leur structure

Answer 36

• récepteurs à boucle Ces : contiennent une boucle caractéristique formée par un lien disulfide entre 2 cystéines subdivisés en fonction du type d’ion
  
  • cations : nAChR, 5-HT3
  • anions : GABAa, GlyR
• récepteurs ionotropiques du glutamate : AMPA, NMDA, kainate
• canaux activés par l’ATP : P2X

Question 37

Récepteurs canaux cys-loop

Answer 37

• 5 sous-unités protéiques identiques ou homologues (pentamètres)
• chaque sous-unité contient :
  
  • un large domaine N-term et court C-term extracellulaire
  • 4 passages transmembranaires
  • une grande boucle intracellulaire entre TM3 et TM4
• mode d’activation : liaison du ligand

Question 38

Exemple récepteurs prototypique Cys-loop cationique

Answer 38

• récepteurs nicotinique de l’acéthylcholine (nAChR)
• ligand : ACh, nicotine
• ions : Na+, CA2+ (in), K+ (out), effet net positif est entrant
• la liaison du ligand stabilise une conformation ouverte et mène à la désensibilisation des récepteur-canaux

Question 39

nAChR

Answer 39

• cible de plusieurs drogues et toxines : les venins de serpent agissent comme antagonistes bloquant l’action de l’ACh et donc menant à la paralysie des muscles et la mort + cible pharmacologique des curares
• cible de la nicotine : agoniste au même titre que l’ACh, les effets addictifs de la nicotine sont dus à l’activation de récepteurs-canaux localisés dans le système lymphatique dopaminergique (neurones du VTA- projections dans le nucleus accumbens), l’activation localisée de ces récepteurs augmente la libération de la dopamine et provoque les effets gratifiants de la cigarette
• la stimulation à la nicotine promeut la up-régulation : explication partielle de la dépendance

Question 40

Exemple récepteur Cys-loop anionique

Answer 40

• récepteurs GABAa
• ligand : GABA, neurotransmetteur inhibiteur
• ion : CL-, hyperpolarisation des neurones
• plusieurs médicaments modulent la fonction de ces récepteurs-canaux
• les benzodiazépines sont des modulateurs allostériques
• une fois liés, ces modulateurs augmentent l’affinité du GABA, augmentant la fréquences d’ouverture du canal et l’effet dépolarisant
• ceci augmente l’effet inhibiteur du GABA menant à la sédation et la dépression du CNS
• ex : valium utilisé pour traitement de l’anxiété et de l’insomnie
• le mécanisme d’action du propofol, un anesthésiant général est peu connu
• il est suggéré que ce médicament produit ses effets de sédation et d’anesthésiants par la modulation positive de la fonction inhibitrice (hyperpolarisation) du GABA sur le GaBAa

Question 41

Récepteurs canaux ionotropique du glutamate

Answer 41

• le glutamate est le neurotransmetteur majeur excitateur du SNC
• l’activation des récepteurs du glutamate peut induire plusieurs formes de plasticité neurone associées au processus d’apprentissage, de la formation des souvenirs (mémoire) et la régulation des émotions
• les récepteurs sont des cibles de choix pour l’épilepsie et la maladie d’alzheimer
• 4 sous-unités protéiques identiques ou homologues (tétramères)
• chaque sous-unité contient :
  
  • un large domaine extracellulaire (contient 2 structures globulaire : un domaine modulateur et un domaine de liaison du ligand)
  • 3 passages transmembranaires
  • un court domaine intracellulaire

Question 42

Exemple des canaux de type NMDA (ionotropiques du glutamate)

Answer 42

• hétérotétramère de 2 types de sous-unités différentes NR1 et NR2 (NR2A, NR2B, NR2C ou NR2D)
• les sous-unités NR1 sont obligatoires
• les sous-unités NR2 dictent les propriétés électrophysiologiques
• les sous-unités NR2 modulent également l’interactions avec les protéines intracellulaires
• la sous-unité NR1 lie la glycine qui agit comme co-agoniste
• la sous-unité NR2 lie le glutamate

Question 43

Mode d’activation des canaux de type NMDA (ionotropiques du glutamate)

Answer 43

• les récepteurs NMDA sont bloqués par un ion Mg2+ qui occupe l’entrée du pore libérable en cas de dépolarisation (unique à ces récepteurs)
• la liaison du glutamate force un changement conformationnel du récepteur qui ouvre le pore mais celui ne peut se libérer du magnésium qui le bloque que s’il y a une dépolarisation que le repousse (passage des ions)

Question 44

Canaux de type NMDA (ionotropiques du glutamate) : drogues hallucinogènes

Answer 44

• certaines drogues hallucinogènes (PCP/phencyclidine/angel dust) agissent sur les récepteurs NMDA en provoquant leur ouverture soutenue
• les neurones ne sont plus capables d’intégrer normalement les signaux qu’ils reçoivent, ce qui cause l’hallucination
• l’ouverture continue des récepteurs NMDA occasionne une entrée de Ca beaucoup trop prononcée, responsable de l’auto-destruction (apoptose) des cellules
• le PCP brûle les neurones via son action sur les récepteurs NMDA

Question 45

Canaux activés par l’ATP : P2X

Answer 45

• récepteur retrouvé dans le SNC et partout dans le corps (beaucoup sur la peau)
• fonctions biologiques : perception de la douleur, modulation du tonus vasculaire
• ligands : ATP et dérivés
• trimère de protéines homologue ou hétérologue
• 2 courts domaines intracellulaires et une longue boucle extracellulaire
• mode d’activation : mode de régulation

Question 46

Différences entre RCPG et R-canaux

Answer 46

• mode d’activation : changement conformationnel induit par la fixation d’un ligand
• effet de l’activation :
  
  • activation de protéines G, effecteurs et production de seconds messagers
  • passage d’ions de part et d’autre de la membrane, dans certains cas, recrutement de protéines de signalisation
• contrôle du signal :
  
  • désensibilisation et internalisation
  • changement de structure 3D = état pore fermé