Relation protéine G effecteur

La transmission du signal dans une cellule débute par un changement de conformation du récepteur, ce qui entraîne l'activation de sa protéine G. Cette activation se manifeste par un échange du GDP lié pour un GTP au niveau de la sous-unité Gα (Figure 5). La liaison du GTP est l'étape cinétiquement limitante dans l'activation des protéines G. Cette dernière change la conformation de la protéine hétérotrimérique [236] permettant ainsi aux sites de contact avec

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l'effecteur, à la fois au niveau de la sous-unité Gα et le dimère Gβγ, de se libérer. Ainsi, de nouvelles surfaces de contact se forment et permettent aux sous-unités de la protéine G de lier et activer (ou inhiber) les différents effecteurs en aval. La sous-unité Gαs active (et Gαi inhibe) l'adénylate cyclase [194], Gαt active la GMP phosphodiestérase [237, 238] alors que Gαq active la PLC [239] et module l'activité de certains canaux ioniques [240-243] conduisant finalement à la génération d'une panoplie de réponses physiologiques.

La sous-unité Gα utilise l'énergie de liaison du GTP pour stabiliser la conformation qui permet sa liaison avec l'effecteur. Cette énergie est dissipée par l'hydrolyse du GTP, le signal est ainsi terminé. En conséquence, on pourrait dire que la longueur du signal d'activation de la protéine G est contrôlée par la durée de liaison du GTP à la sous-unité Gα.

Les sous-unités de la protéine G régulent une panoplie d'effecteurs. Pour une liste complète des effecteurs régulés par les différentes sous-unités de la protéine G, voir [244, 245]. Cette régulation est parfois directe et implique des interactions physiques entre les partenaires signalétiques. Au cours des trois dernières décennies, de nombreuses études ont fourni des preuves de complexes protéiniques constitués par la protéine G et des effecteurs qu'ils régulent. Dans ce qui suit, on s'intéressera principalement aux interactions établies entre les sous-unités de la protéine G et les principaux effecteurs des RO.

Une des premières études caractérisant les interactions entre la protéine G et les effecteurs des RO fut réalisée au début des années 1990 [246]. Dans cette dernière, une analyse approfondie de chimères Gαi2/Gαs a pu identifier trois régions, dans la sous-unité Gαs, nécessaires pour l'activation de l'AC. La première correspond à l'extrémité C-terminale de l'hélice α2. La deuxième, également identifiée par Itoh & Gilman [247], correspond à la boucle α3-β5. Finalement, la troisième région, également capable d'activer [248] et de relier l'extrémité C- terminale de la GMP phosphodiestérase [249], correspond à la boucle α4-β6.

Peu de temps après, certains auteurs ont eu l'idée de générer des protéines chimères à partir de sous-unités Gα qui interagissent spécifiquement avec différents effecteurs. Les résultats ont permis d'identifier des sites de liaison potentiels pour certains effecteurs en comparant la structure des régions de Gαi1 et Gαt dans leur état actif (lié à GTP) et leur état inactif (lié à GDP) [59, 250]. Finalement, Hepler et al. ont pu identifier l'extrémité N-terminale de Gα comme une nouvelle surface de contact avec l'effecteur suite à une étude réalisée entre la sous-

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unité Gαq et la PLCβ [251]. Un résumé de toutes les régions de contact de Gα avec l'effecteur est représenté dans la Figure 12.

Figure 13. Représentation des sites d’interaction de la sous-unité Gα avec l'effecteur. La structure cristalline

de l’hétérotrimère Gαβγ(PDB: 1GP2) indique la présence de quatre sites d’interaction entre la sous-unité Gα et le récepteur. Ces dernières sontformées par le domaine N-terminal (magenta), l’hélice α2 (bleu), la boucle α3-β5 (rouge) et la boucle α4-β6 (cyan) sur la sous-unité Gα (gris).

L'interaction entre la sous-unité Gα et l'AC a aussi été vérifiée, dans des cellules vivantes, en utilisant la technique de BRET [133]. Dans cette étude, deux effecteurs différents, l'AC et le canal potassique Kir3.1 ont été étiquetés avec la Renilla Luciférase (Rluc) alors que les différentes sous-unités de la protéine G ont été étiquetées avec la protéine fluorescente verte (GFP). Les auteurs ont été capable de montrer que: 1) les effecteurs interagissent avec les sous-unités Gα et le dimère Gβγ, 2) l'interaction optimale observée entre l'ACII et Gα exige une interaction initiale avec le dimère Gβγ, 3) l'ajout de la sous-unité Gα est nécessaire pour rendre les complexes naissants fonctionnels avant leur transport à leurs sites d'action initial et finalement que 4) les sous-unités de Gαs sont capables de jouer un rôle dans la stabilisation des complexes signalétiques puisqu'une prévention de l'interaction avec Gα, réalisée en utilisant des mini-gènes dominants négatifs, réduit le signal BRET entre le récepteur et l'ACII. Toutes

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ensembles, ces données montrent que les sous-unités de la protéine G jouent un rôle clé dans la spécificité, l'assemblage, l'activation et la stabilité des complexes de signalisation.

Les canaux calciques voltage-dépendant sont également régulés par les protéines G. Ces dernières antagonisent les effets de la sous-unité β du canal. De plus, des indications montrent que les déterminants de la protéine G responsables de cette régulation résident dans l'hétérodimère Gβγ [116, 252]. Une étude réalisée dans des cellules vivantes, mais cette fois-ci en utilisant la technique de FRET, a montré la présence d'une interaction entre Gβγ et les canaux calciques voltage-dépendants de type P/Q [253]. En effet, les données FRET ont démontré que la sous-unité Gβ2 pouvait se relier au domaine C-terminal et la boucle intracellulaire entre les domaines I et II de la sous-unité α1 du canal (Cavα12.1) [253]. Les données ont montré aussi que Gβ2 était capable de modifier l'orientation entre les sous-unités Cavα1 et Cavβ, fournissant ainsi une indication possible concernent l'implication de la protéine G dans le mécanisme de régulation des canaux calciques de type P/Q.

Dans le cas du dimère Gβγ, la situation est un peu plus complexe. Ce dernier a été longtemps considéré comme ayant un rôle mineur dans la signalisation cellulaire, c’est-à-dire qu’il ne devait servir qu’à maintenir inactif la sous-unité Gα. Aujourd'hui, la situation a changé et le dimère Gβγ est reconnu pour sa capacité à interagir et activer une très grande quantité d’effecteurs incluant l'AC [254], des PLC [255] ainsi que certains canaux ioniques comme les canaux calciques [252] et potassiques [256]. Une liste complète des sites de liaison des différentes sous-unités du canal potassique de la famille Kir3 sur les différentes sous- unités de la protéine G est illustrée dans l'Annexe 2.