Régulation de l’expression des récepteurs couplés aux protéines G par le complexe de chaperonines cytosoliques et localisation/fonction mitochondriale du récepteur aux opioïdes de type delta

Abstract

La biosynthèse des récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs) est un processus complexe et finement régulé, qui implique plusieurs mécanismes moléculaires, visant à assurer une expression et maturation adéquates. La dérégulation de l’un ou plusieurs de ces mécanismes peut avoir de graves conséquences sur la fonctionnalité de ces récepteurs et, par le fait même, nuire à l’homéostasie cellulaire. Plusieurs pathologies ont été associées à l’expression anormale de GPCRs chez l’humain, notamment des maladies cardiovasculaires, l’obésité, la rétinite pigmentaire, des maladies neurodégénératives et de nombreux types de cancers. La caractérisation de leurs étapes précoces de synthèse n’a été le sujet que de très peu d’études et a été réalisée sur un nombre limité de récepteurs. De plus, la récente découverte de leur présence au niveau des membranes mitochondriales impose une réévaluation du concept du GPCR exclusivement synthétisé au niveau du réticulum endoplasmique (RE). Élucider les mécanismes moléculaires régulant l’expression, la maturation et l’adressage intracellulaire de ces récepteurs pourrait contribuer à l’élaboration et/ou l’amélioration d’approches pharmacologiques les ciblant. Dans une première étude, nous démontrons que plusieurs GPCRs peuvent interagir avec les chaperonnes et chaperonines cytosoliques et que celles-ci sont impliquées dans leur expression cellulaire. Nous avons confirmé que la sous-unité eta (CCT7) du complexe de chaperonines (CCT/TRiC) influence la maturation des récepteurs β2AR et TPβ. L’expression de CCT7 prévient l’agrégation cytosolique de ces récepteurs dans une structure nommée l’agrésome. D’ailleurs, la maturation de TPβ est particulièrement sensible à la déplétion de cette chaperonine. Nos résultats suggèrent que, lors de leur biosynthèse, les GPCRs peuvent interagir avec différentes voies de chaperonnage moléculaire, régulant ainsi leur expression et maturation. Dans une seconde étude, nous avons confirmé la présence et la topologie du récepteur aux opioïdes de type delta (DOPr) au niveau de la membrane externe des mitochondries. À l’aide de ligands spécifiques, il a été possible de déterminer que l’état d’activation de DOPr influence l’activité de la chaîne de phosphorylation oxydative de mitochondries isolées. De plus, plusieurs évidences moléculaires suggèrent que DOPr utiliserait les chaperonnes cytosoliques et le complexe d’insertases de la membrane externe mitochondriale (TOM) comme voie de synthèse lors de son adressage mitochondrial.

Abstract: The biosynthesis of G protein-coupled receptors (GPCRs) is a complex and highly regulated process involving many molecular mechanisms to assure their proper expression and maturation. The deregulation of one or many of these mechanisms can lead to devastating consequences on the receptor’s functionality and cellular homeostasis. A plethora of pathologies have been associated with the abnormal expression of GPCRs in human, notably cardiovascular diseases, obesity, retinitis pigmentosa, neurodegenerative diseases and many types of cancer. The early steps following protein synthesis of GPCRs have only been revisited a few times since their original characterisation and on a limited number of receptors. Moreover, the discovery of their presence at mitochondrial membranes imposed a reassessment of the concept stating that a GPCR is exclusively synthesized at the endoplasmic reticulum (ER). Solving the molecular mechanisms involved in the regulation, maturation, and subcellular localization of GPCRs could lead to the elaboration or improvement of pharmacological approaches targeting these receptors. In a first study, we demonstrated that many GPCRs recruit cytosolic chaperones and chaperonins during their synthesis to ensure their proper cellular expression. We confirmed that the eta subunit (CCT7) of the chaperonin complex (CCT/TRiC) is involved in β2AR and TPβ receptors expression. CCT7 acts as a molecular chaperone by preventing the cytosolic aggregation of the receptors in a structure called the aggresome. Indeed, TPβ maturation was severely impaired in CCT7-depleted cells. Our data support that GPCRs can interact with different chaperoning systems that regulate their expression and maturation. In a second study, we confirmed the presence and the topology of the delta opioid receptor (DOPr) at the mitochondrial outer membrane (MOM). Using specific ligands, we demonstrated that the receptor’s activation state modulates the respiratory chain activity of isolated mitochondria. We also provided evidences that DOPr uses the cytosolic chaperone system and the translocase of the outer membrane (TOM) complex as a biosynthesis pathway leading its to mitochondrial targeting. Together, our studies reveal that there are many unresolved questions regarding GPCRs synthesis, maturation and targeting to intracellular organelles, and they open the door to exciting fields of research for further investigations.