G protein coupled receptors Tout ce qu’on oublie, tout ce qu’on vous cache au sujet des GPCRs

G protein coupled receptorsG protein coupled receptors

Tout ce qu’on oublie, tout ce qu’on vous cache au sujet des GPCRs...

1. Structures : Rhodopsine et 1. Structures : Rhodopsine et transducine:transducine:

Complexe HR-G-Effecteur?

Familles de protéines G :Familles de protéines G :

2. Liaison. Antagonistes: 1 2. Liaison. Antagonistes: 1 site;site;

agonistes: deux étatsagonistes: deux états

GTP inhibe la liaison des agonistes: GTP inhibe la liaison des agonistes: diminue % sites haute affinitédiminue % sites haute affinité

Affinité agonistes homogène Affinité agonistes homogène en en

présence de GTPprésence de GTP

Effet du GTP : allostériqueEffet du GTP : allostérique

Hypothèse: ComplexeHypothèse: Complexeternaire:ternaire:

« protéine G », liant soit le

GTP soit HR;

Agonistes: α favorable, HRG

plus stable que HR

G

D D

G

H R G K H RG

K K

HR G K HRG

Haute affinité:

Basse affinité: H D

L D

K K

K K

Agonistes partiels : corrélation entre Agonistes partiels : corrélation entre efficacité et sensibilité au GTPefficacité et sensibilité au GTP

3° Rapport haute / basse affinité corrélé avec l’efficacité de l’agoniste:

“ The agonist-promoted formation of the high affinity ternary complex (HRG) is a prerequisite for effector activation…”

“ Etat actif = HRG ?”

Confirmation: autres récepteursConfirmation: autres récepteurs

• Récepteurs muscariniques Evans et al, Biochem. J. (1985) 232, 751-7; Freedman et al, Br J Pharmacol 93(1988) 437-45

• D2: Harley et al, Br J Pharmacol 115(1995) 1307-13 (mais voir également Roberts et al, Biochem Pharmacol 67 (2004) 1657–65)

• A1 : Lorenzen et al Mol Pharmacol, 49-.915-26 (1996).

• CB1: Kearn et al, J. Neurochem. 72(1999) 2379–87.

• 5-HT1A Newman-Tancredi et al, EurJ

Pharmacol 428 (2001) 177–84

Liaison R β2 - Gs

Simons et al, J Biol Chem 279 (2004) 13514–21

Hypothèse: HRG actif?Hypothèse: HRG actif?

HRG actif?

Agonistes: α favorable,

donc stabilisent HRG

Agonistes partiels : α plus

petit, stabilisent moins

HRG

Antagonistes: α = 1, ne

stabilisent pas HRG

G

D D

G

H R G K H RG

K K

HR G K HRG

Mais… :Mais… :1. Activité 1. Activité nécessitenécessite la présence de la présence de

GTP !GTP !

Effet allostérique, donc réciproque: agonistes inhibent GTP.

GTP inhibe agonistes

2. GTP 2. GTP inhibeinhibe la liaison des la liaison des agonistes:agonistes:

(agoniste: favorable)

D G

H R GK K

HRG

Soit favorable: agonistes favorisent

GTP et GTP favorise agonist

γ

es,

Soit défavorable: agonistes inhibent

GTP et GTP inhibe agoni

γ

stes

D G GTP

GTP

H R G GTPK K K

HRG

Les agonistes peuvent ils stabiliser H-Les agonistes peuvent ils stabiliser H-R-GR-GGTPGTP??

G

D D

G

GTP GTP

GGTP GTP

H R G K H RG

K K

HR G K HRG

K K

HR G K HRG

GαGDP Gβγ

3. G3. Gαα reconnaît reconnaît soit soit effecteur effecteur soitsoit GGβγβγ

GαGTP

GαGTPAdénylate cyclase

4. « la rhodopsine 4. « la rhodopsine catalysecatalyse l’activation de la transducine »l’activation de la transducine »

•Définition terme « catalyse »?o Une protéine d’échafaudage (cf R estrogènes)

peut-elle être considérée comme un catalyste?o Comment appelle-t-on les protéines qui sont

des catalystes?o Quel est le principe supposé de l’action de ces

protéines, sur le plan thermodynamique?

•Définition « échange » GDP-GTP: équation stoechiométrique?

R

Hypothèse: les GPCRs catalysent Hypothèse: les GPCRs catalysent l’ échange GDP-GTP :l’ échange GDP-GTP :

GGDP GGTP

GDP

GTP

Activation catalysée:Activation catalysée:

G ΔG*

*

GDP GTP

GDP GTP

HR HRG HRG HRG HR

G GDP GTP G

*

GDP GTP

GDP GTP

R RG RG RG R

G GDP GTP G

ΔG*

Effet du GTP sur la liaison et Effet du GTP sur la liaison et sur l’effet biologiquesur l’effet biologique

GTP bas, Emax faible, affinité élevée

GTP élevé, Emax élevé,affinité faible

Formation d’un complexe Formation d’un complexe HRGHRGGTP GTP ::

F.J. EHLERT and B.E. RATHBUNMOLECULAR PHARMACOLOGY, 38:148-158 (1990)

Lorsque GTP , HRGGTP et EC50

GTP↑

GDP↑

Vérification:Vérification:Heck-Hofmann J Biol Chem (2001) 276:10000-10009

Equations cinétiques:Equations cinétiques:

max

GDPG GTPD M

GGDP GDPMG G GTP G GTPD D M D M

G GTPV

K Kv

G GTP G GTPK

K K K K K

31 2 4

1 2 3 4

/kk k k

GDP GDP GTP GTPk k k kR G RG RG GDP GTP RG R G

1 2 3 4. ou ou . ou GDP GDP GTPv k R G k RG k RG GTP k RG

2

2

*3000 µm1

2182 110 µm * *GDPGM GDP GTP

G Rh

K Rh G Rh G

*101

230 * *GTPM GDP GTP

GTP Rh GµM

K µM Rh G Rh G

GDP GTPRhG Rh RhG RhG

Système efficace: pas de Système efficace: pas de “piège”“piège”

G

* * * * *

*

GDP GTP

GDP GTP

Rh Rh G Rh G Rh G Rh

G GDP GTP G

van’t Hoff:van’t Hoff:

2 4

max2 4

k kV

k k

k2, k4 proches, étape limitante fct ( T° )k2 >> k-1

1 2

1 2S

k kK

k k

?1

21

kk

k

-4

-3

-2

-1

0

0.0032 0.0033 0.0034 0.0035 0.0036

1/T 104 [1/K]

ln (

Ks/

R)

Observations expliquées:Observations expliquées:

•EC50 comprise entre KH et KL :

EC50 reflète l’affinité moyenne de

l’agoniste (donc la proportion HR, HRG,

etc. )

•Corrélation entre rapport KH / KL et efficacité:

GDiminution G* = Stabilisation HRG

*

GDP GTP

GDP GTP

HR HRG HRG HRG HR

G GDP GTP G

*

GDP GTP

GDP GTP

R RG RG RG R

G GDP GTP G

Agonists and inverse agonists induce opposite changes Agonists and inverse agonists induce opposite changes in receptor structure:in receptor structure:

GPCR dimerization:GPCR dimerization:

• Essential for Family C (GABAB, metabotropic Glu and Ca2+ sensing receptors) expression

• May affect expression receptor, selectivity, signaling properties of other receptors

• Half-of the sites reactivity?