Mécanismes et conséquences de l'internalisation du récepteur du ''glucose-dependent insulinotropic polypeptide''

Mechanisms and consequences of the internalisation of the glucose-dependent insulinotropic polypeptide receptor

• Auteur / Autrice : Sadek Ismail
• Direction : Daniel Fourmy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacologie moléculaire
• Date : Soutenance le 08/07/2016
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines G

Diabète insulinodépendant

Glucose

Mots clés libres

Recepteur du Glucose-dependent insulinotropic polypeptide

Internalization

Signalization à partir d'endosome

Ligand biaisé

Résumé

L'internalisation et le trafic intracellulaire sont des mécanismes cruciaux dans la régulation de la signalisation des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) dans lesquels les -arrestines jouent un rôle central. Des agonistes biaisés qui sont capables d'activer sélectivement les voies de signalisation dépendantes des protéines G ou dépendantes des -arrestines ont été récemment identifiés. D'autre part, le concept selon lequel la signalisation des RCPG serait limitée à la membrane cellulaire a été contesté sur la base des données qui démontrent que de nombreux RCPG induisent du signal aussi bien à partir d'endosomes qu'au niveau de la surface cellulaire. Le glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) est une hormone incrétine essentielle dans l'homéostasie glucidique postprandiale. Elle exerce ses fonctions en se liant à un récepteur couplé aux protéines G, le RGIP qui est impliquée dans divers processus physiologiques et physiopathologiques. À ce jour, l'internalisation et le trafic intracellulaire du RGIP ainsi que leurs mécanismes moléculaires sous-jacents n'ont pas été étudié en détail. Dans ce contexte, le but de notre travail était d'abord d'étudier ces mécanismes et ensuite de caractériser le profil d'internalisation du N-acétyl-GIP, un analogue du GIP connu pour être résistant à la dégradation par le DPP-IV. Enfin, nous avons étudié si, en plus de sa signalisation à la membrane cellulaire, le RGIP est capable d'induire une signalisation à partir d'endosomes. Dans cette étude, nous montrons d'abord que l'internalisation du RGIP est un processus impliquant la clathrine, le complexe AP-2 et la dynamine, mais pas la région C-terminale du récepteur, ni les -arrestines1/2. Nous avons également montré que le N-acétyl-GIP, qui présente une activité agoniste pleine sur la production d'AMPc et sur la sécrétion d'insuline dans les cellules MIN-6-B1, n'est pas capable de stimuler l'internalisation du RGIP. Cela suggère que le N-acétyl-GIP pourrait être un agoniste biaisé du RGIP induisant préférentiellement la voie d'activation de Gs comparativement à un adressage du récepteur vers des puits recouverts de clathrine. Nous avons également réussi à observer une persistance au cours du temps de la production d'AMPc induite par le GIP. Le signal persistant dépend de l'internalisation du RGIP et est irréversible après lavage du GIP de la membrane cellulaire. De plus, nous avons détecté d'une manière directe la forme active de Gs au niveau d'endosomes contenant le RGIP en utilisant des plasmides codant pour des Nanobodies fusionnés à la GFP. Enfin, en utilisant un biosenseur FRET d'AMPc dirigé à la surface des endosomes précoces, nous avons également pu détecter d'une manière directe la production d'AMPc spécifiquement à la surface des endosomes contenant le RGIP internalisé. À notre connaissance, cette dernière observation est la première de ce genre, prouvant le concept de signalisation à partir d'endosomes par une approche de détection directe. Les résultats de cette étude apportent des informations quant à la régulation pharmacologique de l'internalisation et de la signalisation du RGIP, ouvrant des perspectives prometteuses dans le domaine du GIP.

Internalization and trafficking are crucial mechanisms regulating G-protein coupled receptors (GPCRs) signaling in which -arrestins play a central role. Biased agonists which selectively activate either G protein or -arrestin signaling pathway were identified. On the other hand, the concept of GPCR signaling being restricted to cell membrane has been contested on the basis of data demonstrating GPCR signaling from endosomes as well as from the cell surface. Glucose insulinotropic polypeptide (GIP) is an incretin hormone essential in post-prandial glucose homeostasis. It exerts its functions through binding to a G protein-coupled receptor, GIPR which is involved in various physiological and pathological processes. To date, GIPR internalization and trafficking and the underlying molecular mechanisms have not been investigated in detail. In this context, the aim of our work was to study these mechanisms and to characterize the internalization profile of N-Acetyl-GIP, a GIP analogue resistant to DPP-IV degradation. Finally, we investigated if GIPR signaling can occur from endosomes alongside its signaling at the cell membrane. In this study, we first report that GIPR internalization involves clatherin, AP-2 and dynamin but not C-terminal region of the GIPR nor -arrestin1/2. Moreover, N-Acetyl-GIP, which fully stimulated cAMP production and insulin secretion from MIN-6-B1 cells, did not stimulate internalization of the GIPR. This suggests that N-Acetyl-GIP could be a biased GIPR agonist preferentially inducing Gs activation pathway over directing the receptor to clathrin-coated pits. We have also succeeded to witness a sustainability in GIP-induced cAMP production. The sustained signal was dependent on GIPR internalization and unreversed by GIP removal from the cell membrane. Moreover, we directly detected the active form of Gas in early endosomes containing GIPR using a genetically encoded GFP tagged nanobody. Finally, using a FRET sensor of cAMP targeted to the surface of early endosomes, we also directly detected cAMP production specifically at the surface of endosomes containing internalized GIPR. The latter observation is the first of this kind, proving the endosomal signaling concept by a direct detection approach. This study brings new insights into the pharmacological regulation of GIPR internalization and signaling, opening promising perspectives in GIP field.