I-12 Dimérisation des RCPG : une révolution dans la structure et la fonction de ces récepteurs :
I-121 Formation d'homo- ou d'hétérodimères avec un autre RCPG:
Pour ajouter à cette diversité, il a été montré, au cours de ces cinq dernières années, que l'oligomérisation des récepteurs, et plus particulièrement la dimérisation, peut jouer un rôle important dans les événements moléculaires qui mènent à l'activation des RCPG. Ce nouveau concept bouleverse le traditionnel modèle moléculaire d'interaction entre RCPG et protéine-G qui établissait la stœchiométrie à 1 : 1 (Bourne et al., 1997 - pour revue : Hebert et Bouvier, 1998).

Tableau 1

Les récepteurs de la famille 1 et plus précisément de la famille 1a (pour revue : Bockaert et Pin, 1999 - voir chapitre I-31) sont capables de former des homo- ou des hétérodimères : les récepteur b2-adrénergiques (Hebert et al., 1996 - Hebert et al., 1998), les récepteurs histaminiques H2 (Fukushima et al., 1997a), les récepteurs dopaminergiques D1 (George et al., 1998), D2 (Ng et al., 1996) et D3 (Nimchinsky et al., 1997), les récepteurs muscariniques M2 et M3 (Potter et al., 1991 - Maggio et al., 1993 - Maggio et al., 1996 - Elies et al., 1998 - Maggio et al., 1999 - Zeng et Wess, 1999) et les récepteurs adénosines A1 (Ciruela et al., 1995). De plus, les récepteurs sérotonines 5-HT1B et 5-HT1D forment des homodimères lorsqu'ils sont exprimés seuls et des hétérodimères lorsqu'ils sont co-exprimés (Xie et al., 1999) (tableau 1).

Ce phénomène de dimérisation des RCPG se retrouve également pour les récepteurs appartenant à la famille 1b (voir chapitre I-31) : les récepteurs type I de l'angiotensine II (AT1A) (Monnot et al., 1996), les récepteurs bradykinine B2 (Abdalla et al., 1999), les récepteurs neurokinines NK-1 (Huang et al., 1994) et NK-2 (Huang et al., 1995a), les récepteurs vasopressines V2 (Hebert et al., 1996 - Zhu et Wess, 1998) et les récepteurs opioïdes d (Cvejic et Devi, 1997) (tableau 1). De la même façon, les récepteurs opioïdes d et k forment des hétérodimères (Jordan et Devi, 1999). Ce complexe présente une affinité fortement réduite pour les ligands sélectifs des récepteurs d et k, mais peut lier de manière coopérative des agonistes sélectifs et potentialiser la transduction du signal.

La signification fonctionnelle de ce phénomène est toujours au centre du débat. Il ne fait plus aucun doute maintenant que la dimérisation des RCPG est un mécanisme important pour l'activation et la régulation de ces récepteurs. Les études effectuées sur les récepteurs opioïdes d (Cvejic et Devi, 1997) et plus récemment les travaux démontrant la formation d'hétérodimères entre les récepteurs opioïdes d et k (Jordan et Devi, 1999) et l'homodimérisation des récepteurs bradykinine B2 (Abdalla et al., 1999) suggérent que l'oligomérisation est impliquée dans les mécanismes d'atténuation du signal et en particulier au niveau de l'internalisation des RCPG.

Les récepteurs de la somatostatine sont également capables de former des homo- ou hétérodimères (Patel, 1999) et en particulier le récepteur de type 5 de la somatostatine (sst5) (Rocheville et al., 2000). L'association sst5-sst1 semble altérer les propriétés fonctionnelles (l'affinité pour l'agoniste, l'internalisation et l'up-regulation) de ces récepteurs. En revanche, cette oligomérisation semble être un processus spécifique puisque toutes les combinaisons (l'hétérodimère sst5-sst4, par exemple) ne sont pas envisageables (Rocheville et al., 2000).

Ce mécanisme de dimérisation est bien documenté pour les récepteurs appartenant à la famille 3. Trois récentes études sur les récepteurs de type B de l'acide g-aminobutyrique (GABAB) (Jones et al., 1998 - Kaupmann et al., 1998 - White et al., 1998) ont permis d'apporter des éléments nouveaux pour la compréhension de ce phénomène. Ce récepteur GABAB est la combinaison des "sous-unités" GABAB-R1 (2 variants d'épissage GABAB-R1a et GABAB-R1b) et GABAB-R2 (pour revue : Marshall et al., 1999). Aucun de ces trois RCPG exprimés individuellement n'est capable d'activer des canaux potassiques (Ng et al., 1999). Il a même été montré que le récepteur GABABR1 est séquestré au niveau des compartiments intracellulaires en l'absence de GABABR2 (White et al., 1998). La co-expression de ces deux sous-unités conduit à la formation d'un récepteur GABAB, présent à la surface cellulaire et capable d'activer des canaux potassiques de type Kir3 ou GIRK (Kuner et al., 1999). L'hétérodimérisation, obtenue par interaction des régions carboxy-terminales de ces deux RCPG, est donc une étape indispensable à la fonctionnalité de ce récepteur (Kammerer et al., 1999).

Une autre étude portant sur les récepteurs "calcium-sensing" (CaR) suggèrent également que les interactions intermoléculaires sont importantes pour la voie de transduction des RCPG. En effet, la co-transfection de récepteurs CaR mutants avec des récepteurs CaR normaux (wild-type) conduit à la formation d'homodimères non fonctionnels (Bai et al., 1998). Ces récepteurs CaR, jouant un rôle central dans l'homéostasie calcique, il se peut que ce type de complexes soit impliqué dans certaines affections pathologiques telles que l'hypercalcémie-hypocalciurie familiale. Plus surprenant, la co-transfection de deux récepteurs CaR mutants peut, par contre, donner des dimères actifs (Bai et al., 1999). De même que pour d'autres membres de la famille 3, les récepteurs métabotropiques de l'acide glutamique type 5 (Romano et al., 1996) et type 1 (Okamoto et al., 1998a), la dimérisation des récepteurs CaR s'effectue via la formation de ponts disulfures entre leurs domaines extracellulaires amino-terminaux (tableau 1).

I-122 Formation d'hétérodimères avec des protéines à un seul domaine transmembranaire:

Figure 2

La complexité et la diversité dans le fonctionnement des RCPG ont été révélées par l'existence d'hétérodimères formés entre des récepteurs à sept domaines transmembranaires et des récepteurs à un seul domaine transmembranaire. L'activité de certains récepteurs visuels (rhodopsine des bâtonnets et opsines des cônes) passe par la formation d'un complexe stable avec des protéines apparentées à la famille des cyclophilines, protéines connues pour leurs activités de peptidyl-prolyl cis-trans isomérase. Deux de ces cyclophilines, NinaA identifiée chez Drosophila melanogaster (Baker et al., 1994) et son homologue chez les vertébrés RanBP2 (ran-binding protein 2) (Ferreira et al., 1996 - Ferreira et al., 1997), se lient à ces récepteurs visuels et facilitent leurs repliements et leurs transports. De même, chez Caenorhabditis elegans, deux protéines, nommées ord-4 et ord-8, agissent comme des protéines chaperones pour faciliter le "folding" et l'adressage des récepteurs olfactifs au niveau des cils chémo-sensibles des neurones olfactifs (figure 2) (Dwyer et al., 1998).

En 1998, McLatchie et al. apportèrent un degré supplémentaire de complexité en soulignant, au-delà du "folding" et de l'adressage déjà connus pour les protéines NinaA, RanBP2, ord-4 et ord-8, l'importance de cette hétérodimérisation pour l'identité finale des RCPG. En effet, le récepteur virtuel à sept domaines transmembranaires CRLR (calcitonin-receptor-like receptor) peut générer deux récepteurs pharmacologiquement distincts par association à une famille de protéines, à un seul domaine transmembranaire, nommées RAMP (receptor-activity-modifying proteins). On dénombre actuellement trois protéines au sein de cette famille : RAMP-1, RAMP-2 et RAMP-3. L'association du récepteur CRLR avec la protéine RAMP-1 conduit à la formation du récepteur CGRP (calcitonin-gene-related peptide), alors que la liaison aux protéines RAMP-2 ou RAMP-3 donne le récepteur de l'adrénomédulline (figure 3) (McLatchie et al., 1998 - Buhlmann et al., 1999 - Kamitani et al., 1999). De plus, la région amino-terminale de ces protéines RAMP est un élément déterminant pour la glycosylation du récepteur CRLR (Fraser et al., 1999). L'implication des protéines RAMP dans la désensibilisation des récepteurs CGRP et adrénomédulline est également supposée (Drake et al., 1999) (tableau 1).

Figure 3

Plus récemment, il a été montré que le récepteur de la calcitonine (CTR) peut mener, par association avec la Protéine RAMP-1 ou RAMP-3, à la création de deux récepteurs présentant une forte affinité pour l'amyline (Christopoulos et al., 1999). L'amyline appartient comme l'adrénomédulline, le CGRP1, le CGRP2 et la calcitonine (CT) à la famille des peptides de la calcitonine. Cependant, contrairement au récepteur CRLR, le récepteur CT (CTR) est fortement exprimé à la surface cellulaire en l'absence des protéines RAMP. Ces dernières semblent donc agir principalement comme des modulateurs phénotypiques et non plus comme des protéines impliquées dans l'adressage (figure 3) (tableau 1).

I-123 Formation d'hétérodimères avec des récepteurs-canaux activés par les neurotransmetteurs:
Les récepteurs dopaminergiques D5 et les récepteurs-canaux ionotropiques de type A de l'acide g-aminobutyrique (GABAA) représentent deux familles de récepteurs aux neurotransmetteurs divergentes aussi bien sur le plan structural que fonctionnel. Le récepteur dopaminergique D5 appartient à la famille des RCPG et est préférentiellement couplé à Gs. Le récepteur GABAA est un récepteur-canal activé par l'acide g-aminobutyrique dont la structure hétéropentamérique résulte de l'assemblage de cinq sous-unités de classes différentes (a, b, g, d, e) ; chaque sous-unité contenant quatre domaines transmembranaires. Le récepteur-canal GABAA à conductance chlore est présent dans la majorité des synapses inhibitrices du cerveau et bloque la transmission synaptique rapide.

L'interaction directe entre ces deux protéines s'effectue entre la région C-terminale du récepteur dopaminergique D5 et la seconde boucle intracellulaire de la sous-unité g du récepteur GABAA. Cette association provoque l'inhibition des deux voies de transduction (Liu et al., 2000).