1. L ES RECEPTEURS COUPLES AUX PROTEINES G
1.3. Les voies de signalisation de RCPG
domaine globulaire grâce à trois ponts disulfures, ils ne possèdent que 12% d’homologie de séquence avec ceux de la famille A.
1.2.2.3. Famille C
La famille C regroupe les récepteurs au calcium, le récepteur au GABAB, les récepteurs aux phéromones ainsi que les récepteurs métabotropiques du glutamate. Cette famille de RCPG possède la particularité de posséder une extrémité amino‐terminale et carboxyl‐terminale particulièrement longue. La liaison d’un ligand au récepteur se fait au niveau de l’extrémité amino‐
terminale qui contient un site de liaison constitué de deux cystéines reliées par un pont disulfure.
D’un point de vue structural, on retiendra également la taille très courte et très conservée de la 3ème boucle intracellulaire. Enfin, il a également été montré que la dimérisation (homo‐ ou hétérodimérisation) du récepteur suite à son activation est un élément crucial de son processus d’activation [28].
1.2.2.4. Autres familles : D, E et F
La famille D est constituée des récepteurs aux phéromones présents chez les levures. La
famille E est composée des 4 récepteurs à l’AMP cyclique présents chez l’amibe Dictyostelium discoideum. Enfin, la famille F inclut les récepteurs Frizzled et Smoothened impliqués dans le développement embryonnaire et le contrôle de la prolifération et la polarité cellulaire.
1.3. Les voies de signalisation de RCPG
Une fois qu’un ligand s’est lié à son récepteur, le RCPG va subir des modifications conformationnelles conduisant notamment à l’activation d’une protéine, la protéine G. Une fois activée, la protéine G va transmettre le signal véhiculé par le ligand en déclenchant une cascade d’activation protéique au sein de la cellule, aboutissant le plus souvent à la transcription de gènes.
Figure I.4 : Cycle d’activation de la protéine G hétérotrimérique
Au repos, le cycle catalytique de la sous‐unité α de la protéine G hétérotrimérique est occupé par une molécule de GDP (1). L’activation du récepteur par la fixation d’un ligand (L), conduit au recrutement de la protéine G par le RCPG, amenant une baisse d’affinité de la protéine G pour le GDP au profil du GTP (2). S’en suit la dissociation de la sous‐unité α et du complexe β/γ permettant l’activation d’effecteurs intracellulaire (3). Le retour à l’etat de repos de la protéine G est assuré par l’activité GTPasique de la sous‐unité α (4). En accélérant l’hydrolyse du GTP, les RGS permettent la régulation de l’activité des RCPG (voir partie 1.4.1).
1.3.1. Les protéines G
Bien que la famille des RCPG présente une grande diversité, ces récepteurs n’interagissent
qu’avec un petit nombre de protéine G pour induire la cascade d’activation intracellulaire due à leur activation. Ces protéines sont des hétérotrimères composés de trois sous‐unités nommées α,β et γ. De nombreuses structures cristallines de ces protéines ont été résolues [29] et ont permis de mettre à jour une structure conservée au sein de la sous‐unité α composée entre autre d’un domaine GTPasique. Au repos, le site catalytique du trimère α/β/γ va être occupé par une molécule de GDP. Suite à la fixation de son ligand, un changement conformationnel du RCPG au niveau des domaines transmembraires 3 et 6 notamment, va conduire au recrutement et à l’activation de la protéine G par interaction avec la partie carboxyl‐terminale et les boucles intracellulaires 2 et 3 du récepteur. Cette association va induire une diminution de l’affinité de la sous‐unité α pour le GDP au profil du GTP, permettant une dissociation de Gα et du dimère β/γ considéré comme fonctionnellement indissociable. Ces deux entités vont ensuite pouvoir activer divers effecteurs intracellulaires pour poursuivre la transmission du signal véhiculé par le ligand.
Par la suite, l’activité GTPasique de Gα va permettre l’hydrolyse du GTP en GDP et ainsi restaurer le trimère α/β/γ, qui va pouvoir prendre part à un nouveau cycle (Figure I.4).
Chez l’Homme, on retrouve 21 sous‐unités α codées par 16 gènes, 6 sous‐unités β codées par 5 gènes et 12 sous‐unités γ [30]. On distingue 4 types d’hétérotrimères basés sur les similarités de séquence primaire avec la sous unité Gα: Gs, Gi, Gq and G12/13 [31].
• Le type Gs comprend les protéines G dont les sous‐unités α sont αs, exprimé de manière ubiquitaire, et αolf, exprimé uniquement au niveau du neuroépithélium olfactif.
• Le type Gi correspond aux sous‐unités αi1, αi2, αi3, αo1, αo2 ou αz ainsi qu’aux transducines αt1 et αt2 de la rétine et à la gustducine αgust des cellules gustatives.
• Le type Gq comprend les protéines G dont les sous‐unités α sont αq et α11 majoritairement représentées ainsi que α14 et α15 des cellules hématopoïétiques et α16.
• Le type G12/13 correspond aux sous‐unités α12, largement répartie, et α13 principalement exprimée dans les cellules gustatives.
Enfin, il est aussi important de noter que certains RCPG sont activés de manière constitutive sans l’action d’aucun ligand. Ces récepteurs sont donc tout le temps couplés à une protéine G et participent au tonus basal des voies de signalisation résultantes.
1.3.2. Activation des effecteurs intracellulaires par les protéines G
En tant que telles, les protéines G n’ont pas un rôle direct dans la modulation de la fonction
cellulaire. Elles sont néanmoins indispensables à la transduction du signal induite par la fixation d’un ligand sur un RCPG en activant de nombreux effecteurs intracellulaires. La multitude de sous‐
unités α, le nombre théorique d’association de trimère ainsi que les nombreux effecteurs intracellulaires des protéines G permettent d’expliquer en partie l’implication, la diversité et la spécificité des RCPG dans de nombreux processus physiologiques ou physiopathologiques.
1.3.2.1. Effecteurs de la sous‐unités α
Les adénylates cyclases (AC) : Cet effecteur est une enzyme qui permet la synthèse de l’AMP cyclique (AMPc) à partir de l’ATP grâce à la formation d’une liaison phosphodiester. La réaction nécessite du magnésium et induit la libération de pyrophosphate. Une fois formé, l’AMPc va notamment activer les protéines kinases A (PKA). Les AC sont activées par les sous‐unités αs et αolf et inhibées par la sous‐unités αi.
Les phosphodiestérases (PDE) : ces enzymes, présentent dans les cellules de la rétine et dans les cellules gustatives, hydrolysent les liaisons phospodiesters. Elles vont donc permettre l’hydrolyse de l’AMPc et le guanosine monophosphate cyclique (GMPc). En transformant l’AMPc en AMP, les PDE vont donc inhiber l’action des adénylates cyclases. Le GMPc a pour fonction de maintenir les canaux Na+ ouvert. Son hydrolyse va donc entraîner une fermeture de ces canaux, conduisant a une hyperpolarisation de la membrane plasmique. Les PDE sont activées par les sous‐unités αt1, αt2 et αgust.
Les phospholipases Cβ (PLC) : l’activation des PLC vont conduire à la transformation du phosphatidylinositol 4,5‐biphosphate (PIP2) en diacylglécérol (DAG) et inositol triphosphate (IP3).
Le DAG est un activateur de la protéine kinase C qui catalyse, en présence de calcium, la phosphorylation de nombreux substrats intervenant dans la différenciation cellulaire, la mitose ou l’exocytose entre autres. L’ IP3 lui va provoquer la libération des stocks de calcium intracellulaire en activant les canaux calciques du réticulum endoplasmique. Les PLC sont activées par les sous‐
unités α de la famille Gq.
Canaux ioniques : certains canaux séléctifs au sodium, au calcium ou au chlore peuvent être activés par la sous‐unité αs et inhibé par les sous‐unités αi et αo alors que les canaux potassiques KM et KAch sont activés par les sous‐unités αi et αo.
Les petites protéines G monomériques : Ce sont de petites protéines homologues de la
sous‐unité α des protéines G, qui ont la capacité de se lier au GTP. Ces protéines sont des régulateurs de la signalisation des RCPG car elles sont capables d’hydrolyser le GTP à l’aide des protéines GAP (GTPase‐Activating Proteins), favorisant ainsi le re‐formation du trimère α/β/γ. Bien qu’elles puissent fonctionner de manière totalement indépendante, elles peuvent êtres activées par les sous‐unités α12 et α13.
1.3.2.2. Effecteurs du dimère βγ
Le complexe βγ a été pendant très longtemps considéré comme un point d’ancrage de la protéine G au niveau de la membrane plasmique. En fait il s’avère que celui‐ci est capable d’activer une multitude d’effecteurs, notamment les petites protéines G, certains canaux potassiques, des adénylates cyclases, des phospholipases et la PI3‐kinase, mais aussi d’inhiber certains canaux calciques dépendants du voltage comme Cav21 et Cav22 que l’on retrouve dans le cœur ou le cerveau.
1.4. Modulation de l’activité des RCPG
Afin de maintenir un équilibre homéostatique au sein de la cellule, il est important d’avoir une régulation de l’activité des RCPG. Celle‐ci se fera à l’aide de protéines accessoires qui, en interagissant avec les récepteurs, vont pouvoir moduler directement ou indirectement sa fonction.
Le mécanisme de modulation principal de l’activité des RCPG est l’internalisation. Partant d’un simple rôle de régulation du niveau des récepteurs membranaires et de désensibilisation du signal, ce phénomène apparaît aujourd’hui comme un mécanisme à part entière permettant d’activer des voies de transduction indépendamment des protéines G.
1.4.1. Les protéines interagissant avec les récepteurs couplés aux protéines G Les RCPG n’interagissent pas exclusivement avec les protéines G mais aussi avec de
nombreuses autres protéines appelées GIP pour GPCR interacting proteins (protéines d’interaction des RCPG). Ces protéines ont d’importantes fonctions et sont aussi bien impliquées dans la signalisation des RCPG, que dans leur trafic intracellulaire. Beaucoup de GIPs sont des protéines solubles interagissant surtout avec l’extrémité carboxyl‐terminale des RCPG, mais aussi des protéines membranaires, dont des RCPG (homo‐hétérodimérisation) [32].
A côté des protéines impliquées dans l’internalisation et le tri des RCPG, dont les fonctions