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Analyse comparée des récepteurs D1 dopaminergiques chez les vertébrés.

Auteur : Dr. Stéphane LE CROM.   Site personnel : http://slecrom.free.fr


II. Classification et histoire évolutive des récepteurs de la dopamine :

II.A. La classification des récepteurs de la dopamine :

Les premiers travaux entrepris sur les récepteurs de la dopamine portaient sur leurs propriétés pharmacologiques. Sur la base de profils de liaison d'agonistes et d'antagonistes, deux classes de récepteurs D1 et D2 ont été identifiées (Kebabian et Calne, 1979). Parallèlement à l'utilisation de composés discriminants chacune des classes de récepteur, la modulation des voies de transduction intracellulaire a également été un critère de différenciation. En effet, la classe D1 est définie comme étant capable d'activer l'adénylate cyclase et de permettre l'accumulation d'AMPc alors que la classe D2 au contraire inhibe son activité (Figure 2). Si cette différence fonctionnelle majeure a l'avantage d'être clairement identifiable et quantifiable dans la cellule, la détermination de profils pharmacologiques permet de différencier directement les récepteurs appartenant à chacune de ces classes. A l'heure actuelle, la famille des récepteurs de la dopamine est composée de sept récepteurs chez les vertébrés, quatre pour la classe D1 (D1A, D1B/D5, D1C et D1D) et trois pour la classe D2 (D2, D3 et D4), ayant chacun des propriétés particulières.



Figure 2 : Structure et fonctions comparées des récepteurs de la dopamine. Les séquences en acides aminés présentées sont celles du récepteur D1A et D2 humain. Les groupements glycosylés (CHO) et palmitoylés qui ancrent le récepteur à la membrane (lignes brisées) sont représentés ainsi que .les différentes protéines G impliquées. Les principales caractéristiques de couplage et d'organisation génique de chacune des classes de récepteurs sont également indiquées.



Le critère majeur de classification des récepteurs a été, et reste encore, la pharmacologie (pour revue voir Andersen et al., 1990; Kebabian et Calne, 1979). Trouver des molécules qui distinguent entre elles les deux grandes familles D1 et D2 est simple. La dopamine possède une affinité micromolaire pour les récepteurs D1 et nanomolaire pour les D2. D'autre part, le SCH-23390 est le prototype de l'antagoniste spécifique des récepteurs D1 et la famille des SKF (SKF-38393, SKF-81297…) celle des agonistes D1. Pour la classe D2, le quinpirole et la bromocriptine représentent des agonistes classiques alors que la dompéridone et le spipérone sont des antagonistes spécifiques. Par contre, sans vouloir passer en revue de façon exhaustive toutes les molécules capables de moduler l'activité des récepteurs, il reste difficile de trouver des composés discriminant les différents récepteurs à l'intérieur de chaque classe (Figure 3). Pour la classe D1 par exemple, le récepteur D1B a été caractérisé par sa plus forte affinité pour la dopamine, son ligand naturel.

La discrimination des sous-types D1C et D1D est pharmacologiquement beaucoup plus difficile. De toutes les molécules testées jusqu'à présent, seul un composé de la famille des benzazépines de seconde génération est capable de discriminer le récepteur D1C. Cette molécule, le NNC 01-0012 (7-chloro-8-hydroxy-1-(2-naphtyl)-2,3,4,5-tet-rahydro-1H-3-benzazepine), peut différencier pharmacologiquement et fonctionnellement les membres de la famille D1 (Sugamori et al., 1998a). En mesurant l'inhibition de la liaison du 3H-SCH-23390 par ce composé, le récepteur D1C a une affinité de 10 à 20 fois supérieure à celle des récepteurs D1A, D1B ou D1D.



Figure 3 : Constantes de déplacements (Ki) pour les agonistes et antagonistes principaux des récepteurs de la dopamine. Les valeurs de Ki (M) des récepteurs de diverses espèces : homme, rat, anguille et xénope, sont représentées sur ce diagramme en utilisant les différentes valeurs données par la littérature (Cardinaud et al., 1997; Gingrich et Caron, 1993; Ogawa, 1995; Sokoloff et al., 1993; Sugamori et al., 1994). Les Ki des récepteurs D1 sont représentés par des barres bleues et ceux des récepteurs D2 par des barres rouges.


D'un point de vue fonctionnel, cette molécule inhibe complètement l'accumulation d'AMPc par la dopamine pour le récepteur D1C, alors qu'il ne l'inhibe que de 60% pour le D1A et de 50% pour le D1B.

L'ensemble de ces données pharmacologiques reflète bien les difficultés rencontrées lorsque l'on utilise les différences d'affinité entre récepteurs pour les classifier les uns par rapport aux autres.

La plupart de nos connaissances de la nature moléculaire des récepteurs de la dopamine provient de leur isolement à partir de banques d'ADN complémentaires (ADNc) ou génomiques. L'analyse de leur séquence les classe dans la grande famille des récepteurs couplés aux protéines G. Les membres de cette famille sont caractérisés par la présence de sept hélices hydrophobes traversant la membrane plasmique.

C'est la famille de protéines qui s'est adaptée à la liaison du plus grand nombre de molécules au cours de l'évolution : photons, ions, odeurs, acides aminés, nucléotides, protéines… Elle compte plus d'un millier de membres (1 % du génome humain). On estime a l'heure actuelle qu'ils sont la cible de 60 % des médicaments (Bockaert et Pin, 1999). La conservation importante des séquences de ces récepteurs, particulièrement dans les régions transmembranaires, est à l'origine des stratégies de clonage choisies pour les isoler (pour revue voir Gingrich et Caron, 1993). L'utilisation de la technique de PCR avec des amorces dégénérées ou le criblage de banque d'ADNc en conditions permissives ont ainsi permis d'isoler chez un grand nombre d'espèces les récepteurs de la dopamine. Ces méthodes ont aussi révélé des différences d'organisation génique puisque si les récepteurs D1 n'ont pas d'introns, les récepteurs D2 en possèdent (Figure 2).

Grâce aux séquences, on peut modéliser la structure de ces récepteurs (pour revue voir Civelli et al., 1993; O'Dowd, 1993). Si les segments transmembranaires sont bien conservés, les régions intra et extracellulaires sont beaucoup plus variables (Figure 4). Les récepteurs D1 possèdent une longue extrémité C-terminale cytoplasmique et une troisième boucle cytoplasmique courte. A l'opposé, les récepteurs D2 ont une extrémité C-terminale très courte mais une troisième boucle cytoplasmique beaucoup plus longue. Ces deux régions interviennent dans un certain nombre de régulations de l'activité du récepteur, la plus importante est le couplage aux protéines G. Ce couplage est d'ailleurs un autre moyen de différencier ces récepteurs. En effet, les récepteurs D1 sont associés préférentiellement à la sous-unité GaS des protéines G alors que les récepteurs D2 sont associés principalement aux protéines Gai/Gao (Figure 2).


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Figure 4 : Alignement des séquences en acides aminés des récepteurs D1 de la dopamine de plusieurs espèces représentatives de vertébrés. Les alignements des séquences des récepteurs D1 d'homme (D1A : P21728, D1B : P21918), de rat (D1A : P18901, D1B : P25115), de poulet (D1A : A55886, D1B : B55886, D1D : C55886), de xénope (D1A : P42289, D1B : P42290, D1C : P42291) et d'anguille (D1A2 : U62919, D1B : U62920, D1C : U62921) ont été obtenus avec le programme clustalX (Thompson et al., 1997). Les segments transmembranaires (TM) sont figurés au-dessus des séquences. Les résidus conservés pour tous les sous-types parmi toutes les espèces sont soulignés par une boîte grisée. Les résidus N-glycosylés (Y) et palmitoylés (?) sont indiqués en dessous des séquences. Les sites consensus de phosphorylation par la PKA (ronds pleins) et la PKC (carrés pleins) ont été identifiés en utilisant les bases Prosite ProfileScan (http://www.expasy.ch/prosite/) et PhosphoBase (Kreegipuu et al., 1999). Dans les rectangles ouverts sont indiquées d'autres sérine et thréonine conservées et pouvant être phosphorylées.


L'information contenue dans les séquences de ces récepteurs peut être utilisée comme critère de classification. Cette classification phylogénétique présente un certain nombre d'avantages par rapport aux données pharmacologiques basées sur les profils d'affinité qui sont utilisés plus classiquement. En effet, les informations contenues dans les séquences sont sans ambiguïté et dégagées des considérations expérimentales. Ce contenu offre ainsi un critère de classement théoriquement "absolu". Les classifications pharmacologiques ne permettent de séparer que des caractères déjà identifiés, et ne favorisent donc pas la découverte de récepteurs à fonctions nouvelles. La comparaison de séquences reste plus précise puisqu'elle se base sur le nombre de sites informatifs qu'elles contiennent. En revanche, si c'est un outil puissant de classification, il ne fournit aucun renseignement sur la manière dont les récepteurs fonctionnent.

Au cours de l'évolution, l'apparition d'une famille de gène est le résultat de deux forces principales et opposées exerçant leur effet sur l'ADN génomique. La première est la tendance qu'a le génome à se dupliquer et à rapidement accumuler des mutations. La deuxième est la nécessité absolue d'une conservation de séquence suffisante pour permettre les fonctions vitales d'un organisme dans un milieu donné. Ces deux forces contribuent à la génération de nouveaux gènes dans de nouvelles espèces et à leur adaptation face aux changements de leur environnement. Dans la partie suivante, nous allons voir comment est reconstituée l'histoire évolutive des familles de gènes comme celle des récepteurs D1 chez les vertébrés afin de mettre en évidencela diversité de ces récepteurs.


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