Identification de nouveaux déterminants moléculaires de l'interaction du récepteur des dihydropyridines avec le récepteur à la ryanodine

Identification of new molecular determinants of the interaction of the dihydropyridines receptor with the ryanodine receptor

• Auteur / Autrice : Hicham Bichraoui
• Direction : Michel Ronjat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, physiopathologie et pharmacologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences de Grenoble
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stefan Nonchev
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Darbon, Jean-Marc Sabatier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couplage excitation-contraction

Muscles -- Contraction

Excitation (physiologie)

Canaux calciques

Interactions protéine-protéine

Ryanodine

Récepteurs

Dihydropyridines

Cytologie moléculaire

Mots clés libres

Maurocalcine

Dihydropyridine receptor

Ryanodine receptor

Excitation-contraction coupling

Calcium

Maurocalcine

Muscle

Protein-protein interactions

Résumé

L'excitation nerveuse d'une cellule musculaire produit une libération massive dans le cytoplasme du Ca2+ stocké dans le réticulum sarcoplasmique (RS). L'augmentation de la concentration cytoplasmique de Ca2+ déclenche la contraction. Ce processus, appelé couplage excitation contraction (CEC), requiert des interactions physiques entre deux canaux calciques: (1) le récepteur des dihydropyridines (DHPR), un canal calcique activé par le voltage ; le DHPR est composé de plusieurs sous-unités, dont la sous-unité α1S, qui forme le canal et le détecteur de potentiel, et la sous-unité ß1a, entièrement cytoplasmique; (2) le récepteur à la ryanodine (RyR1) responsable de la libération de Ca2+ hors du RS. La sous unité ß1a interagit avec la sous-unité α1S et RyR1. Au cours de ma thèse, j'ai identifié de nouveaux déterminants moléculaires et structuraux de l'interaction DHPR/RyR1. J'ai ainsi démontré l'existence d'interactions intramoléculaires entre les différentes boucles cytoplasmiques de la sous-unité α1S du DHPR, centrées autour d'un domaine appelé domaine A. J'ai également localisé le site d'interaction de la cavéoline-3 sur une boucle cytoplasmique de la sous-unité α1S. L'étude de l'interaction de la sous-unité ß1a avec RyR1 a montré (1) que la région C-terminale de ß1a contrôle cette interaction, (2) que l'affinité apparente de ß1a pour RyR1 est fortement augmentée par l'interaction de ß1a avec α1S et (3) que l'interaction ß1a/RyR1 régule la fermeture du RyR. L'utilisation d'une toxine, la maurocalcine (MCa) qui se comporte comme un analogue du domaine A m'a permis d'identifier un domaine minimal de RyR1 responsable de la fixation de la MCa et du domaine A. Une étude structurale par RMN de ce site a été réalisée. Enfin, j'ai étudié l'effet de la MCa sur des myotubes n'exprimant pas la sous-unité α1S. J'ai montré que la MCa est capable de restaurer, en absence de DHPR, une augmentation de la concentration de Ca2+ cytoplasmique induite par la dépolarisation de la membrane plasmique.

In skeletal muscle, the action potential triggers muscle contraction through a massive calcium release from the sarcoplasmic reticulum (SR). This process, called excitation-contraction coupling (ECC), requires physical interactions between two calcium channels: (1) the dihydropyridine receptor (DHPR), a voltage-dependent channel composed of four subunits among which the α1S subunit, that forms both the pore and the voltage-sensor, and the ß1a subunit fully cytoplasmic, and (2) the ryanodine receptor (RyR1) which is responsible of calcium release from SR. ß1a subunit interacts with both RyRl and the α1S subunit. The mechanism whereby the DHPR is functionally coupled to RyR1 is still not clearly understood. During my thesis, I identified new molecular and structural determinants of the interaction between RyR and DHPR. I demonstrated the existence of intramolecular interactions between the cytoplasmic loops of the α1S subunit centered on a domain called domain A. I also localized the site of interaction of the caveoline-3 on the 1-11 loop of al S. The study of the interaction of the ßla subunit with RyR1 showed (1) that the C-terminal region of ß1a controls this interaction, (2) that the affinity of this interaction is strongly increased by the interaction of ß1a with α1S, and 3) that the interaction ß1a/RyR1 regulates the closure of RyR1. The use of a toxin, the maurocalcine (MCa) which behaves as an analogue of the domain A allowed me to identify a minimal domain of RyR1 responsible for the binding of the MCa and the domain A. A structural study by NMR of this domain has been realized. Finally, I studied the effect of the MCa on myotubes not expressing the α1S sub-unit. I showed that the MCa is capable of restoring in absence of DHPR, an increase of the cytoplasmic Ca2+ concentration triggered by the depolarization of the plasma membrane.