Impact de la phosphorylation des régions C-terminales, désordonnées et fonctionnelles, des RCPGs sur la signalisation cellulaire dépendante de l’arrestine

Impact of phosphorylation of the functional and disordered C-terminal regions of GPCR on arrestin signaling pathways

• Auteur / Autrice : Myriam Guillien
• Direction : Nathalie Sibille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 14/12/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Biologie Structurale (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Banères
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Sibille, Jean-Louis Banères, Pascale Crépieux, Olivier Lequin, Carine Van Heijenoort
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascale Crépieux, Olivier Lequin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance magnétique nucléaire

Arrestines

Récepteurs couplés aux protéines G

Mots clés libres

Rcpg

Grk

Arrestine

Idp

Rmn

Interaction

Gpcr

Grk

Arrestin

Idp

Nmr

Interaction

Résumé

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) sont des acteurs importants de la signalisation cellulaire et représentent, à ce titre, la cible d’un tiers des médicaments mis sur le marché. Il est donc fondamental de mieux comprendre les mécanismes moléculaires associés à leurs signalisations dépendante et indépendante des protéines G. La signalisation indépendante des protéines G est médiée par l’interaction des régions C-terminales des RCPGs avec les protéines arrestines. Cependant, ces régions sont intrinsèquement désordonnées (IDR) et variables en longeur et en séquence, rendant leur étude difficile. Cette interaction fonctionnelle est modulée par la phosphorylation des domaines C-terminaux des RCPGs par des kinases spécifiques (GRKs). Cette thèse a pour objectifs de comprendre l’impact de la phosphorylation par les GRKs sur la conformation des domaines C-terminaux des RCPGs et leur interaction avec leur partenaire physiologique arrestine. La stratégie mise en place a consisté à produire des protéines recombinantes des domaines C-terminaux, sous forme isolées et solubles, de trois RCPGs (RCPG-Cter) de la classe A : les récepteurs vasopressine V2 (V2R-Cter), ghréline (GHSR-Cter) et β2-adrénergique (β2AR-Cter). La phosphorylation par GRK2 ainsi que l’utilisation de variants phosphomimétiques de ces domaines C-terminaux a permis d’étudier l’impact de la phosphorylation sur leur conformation et leur interaction avec l’arrestine-2. Les analyses structurale et fonctionnelle de ces régions désordonnées ont été effectuées par l’utilisation de méthodes biophysiques complémentaires comme la résonance magnétique nucléaire (RMN), la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) et la spectroscopie de fluorescence (FRET). Mes travaux de thèse contribuent à une nouvelle image de la signalisation des RCPGs dépendante de l’arrestine. Ils montrent que la phosphorylation par les GRKs modifie la conformation des domaines C-terminaux des RCPGs et module la région d’interaction de ces domaines avec l’arrestine.

G protein-coupled receptors (GPCRs) are central actors of cell signaling. They are the target of one third of the current cellular drugs. Thus, it is crucial to understand the molecular mechanism behind G-protein dependent and independent signaling pathways. G-protein independent cell signaling is mediated by the interaction of the cytoplasmic C-termini of GPCRs with arrestin. These C-termini are intrinsically disordered regions (IDRs) and are variable in length and sequence, making their study more elusive. This interaction is regulated by the phosphorylation of GPCR C-terminal domains by specific GPCR kinases (GRKs). My thesis objectives aimed at understanding the impact of GRK phosphorylation on the conformation and the interaction of GPCR C-termini with their arrestin partner. The strategy implemented was to produce excised recombinant C-terminal domain of three well-studied GPCRs: vasopressin V2 (V2R), growth hormone secretagogue 1a (GHSR) and β2-adrenergic (β2AR) receptors. Phosphorylation by GRK2, as well as, the use of phosphomimetic variants of these GPCR C-terminal domains allowed us to study the impact of phosphorylation on their conformation and interaction with arrestin-2. Structural and functional analyses of these disordered regions were performed using complementary biophysical methods such as solution-state nuclear magnetic resonance (NMR), small angle X-ray scattering (SAXS) and fluorescence spectroscopy (FRET). My thesis work postulates for a new picture of GPCR signaling dependent of arrestine. It shows that phosphorylation by GRKs changes the conformation of the C-terminal domain of GPCRs and modulates the binding region of these domains with arrestin.