III. Localisation des récepteurs D1 de la dopamine :

III.B. Biosynthèse et adressage intracellulaire des récepteurs D1 :

III.B.1. Les voies de biosynthèse des récepteurs de la dopamine

III.B.2. La localisation spécifique des récepteurs dans les cellules polarisées

III.B.3. L'adressage fonctionnel différentiel des protéines

III.B.4. Dimérisation et adressage fonctionnel des récepteurs D1 :

Jusqu'à une date récente, il semblait certain que les récepteurs couplés aux protéines G possédaient une structure qui leur permettait de réaliser à elle seule l'ensemble du processus de transduction du signal. Il semble maintenant que la dimérisation des récepteurs pourrait être nécessaire dans certains cas au moins, pour rendre fonctionnel le récepteur délivré à la membrane. Pour les récepteurs à activité tyrosine kinase, à un seul segment transmembranaire, la dimérisation est un processus bien connu nécessaire à la transduction du signal (pour revue voir Pawson et Scott, 1997). Par contre, les processus d'oligomérisation des récepteurs à sept segments transmembranaires sont beaucoup moins clairs (Hébert et Bouvier, 1998).

L'existence de multimères de récepteurs a d'abord été suggérée à partir des observations par western blot où la formation de bandes multiples lors de la migration des récepteurs pouvait indiquer la présence de formes multimériques. Ces bandes sont généralement visibles après immunoprécipitation ou biotinylation de la membrane (Romano et al., 1996). De telles expériences effectuées dans des membranes de neurones issus du cerveau aussi bien que dans des cellules transfectées montre la formation des dimères et tétramères pour le récepteur D3 (Nimchinsky et al., 1997), D2 (Ng et al., 1996) et D1A (Ng et al., 1994).

Ces classiques expériences d'immunoprécipitation, après coexpression de récepteurs dans des cellules, en général hétérologues, ne permettaient pas d'avoir une idée précise du phénomène, à cause de la tendance à l'agrégation des récepteurs couplés aux protéines G dont les parties transmembranaires sont fortement hydrophobes. Un ensemble de données publiées ces deux dernières années donnent un nouvel essor à l'hypothèse de la dimérisation des récepteurs. Plusieurs aspects différents de la fonction des récepteurs pourraient impliquer la dimérisation (Figure 13).



Figure 13 : Les différentes fonctions de la dimérisation. Ce schéma récapitule les différentes conséquences de la dimérisation des récepteurs. A. La dimérisation est nécessaire pour l'expression fonctionnelle du récepteur. Le récepteur R1 n'est pas capable d'être localisé seul à la membrane mais uniquement lors de la coexpression avec le récepteur R2. B. La fixation du ligand permet la dimèrisation des récepteurs nécessaire à la transduction du signal. C. La transduction du signal est possible pour chaque récepteur sous sa forme monomérique, mais la dimérisation permet de modifier l'efficacité de transduction ou de permettre le couplage à d'autres voies de signalisation.



a. La dimérisation est nécessaire à la localisation correcte du récepteur dans la cellule :

Historiquement, la formation d'homodimères et d'hétérodimères entre les récepteurs adrénergiques et muscariniques a été mise en évidence grâce à la fabrication de protéines chimères entre les récepteurs a2-adrénergiques et m3 muscariniques (échange du C-terminal et des 6ème et 7ème segments transmembranaires). En effet, ces chimères ne permettent de restaurer la liaison des ligands de façon correcte que lors de la cotransfection des chimères réciproques (Maggio et al., 1993). Des expériences plus physiologiques ont été menées pour le récepteur de l'angiotensine II. La co-expression, de deux récepteurs mutés et non fonctionnels, restaure des valeurs de liaison normale (Monnot et al., 1996). Les mutations lysine 102 (3ème segment transmembranaire) et lysine 199 (5ème segment transmembranaire) entraînent chacune l'absence de la liaison d'agonistes spécifiques et l'impossibilité d'induire la transduction du signal. Par contre, la coexpression de ces deux mutants conjointement dans les cellules COS et CHO (Chinese Hamster Ovary) permet de retrouver une partie de la liaison spécifique mais pas le couplage complet aux voies de signalisation intracellulaire, puisque seule l'hydrolyse des phosphatidylinositol après activation du récepteur est restaurée. Ces expériences indiquent qu'à l'état naturel, les récepteurs de l'angiotensine II sont capables de former des hétéromères fonctionnels.

C'est pour la 3ème famille de récepteurs couplés aux protéines G que les démonstrations fonctionnelles de la dimérisation sont les plus claires. Récemment, l'expression de différents sous-types de récepteurs GABAB dans des cellules montre qu'ils ne sont pleinement fonctionnels que grâce à la formation de complexes hétéromériques (Kaupmann et al., 1998; White et al., 1998). Le couplage aux canaux potassium n'est jamais observé par transfection seul d'un des sous-types de récepteur GABAB : R1A, R1B ou R2. Par contre, l'expression conjointe de deux de ces trois types permet ce couplage et provoque en plus une augmentation de l'affinité de liaison des agonistes et antagonistes. Ces hétéromères sont observés par coimmunoprécipitation et colocalisation dans des épines dendritiques (Kaupmann et al., 1998). Par transfection dans des cellules, le récepteur GABABR1 reste sous forme de glycoprotéine immature sur des membranes intracellulaires. Lorsqu'il est exprimé avec des récepteurs GABABR2 le récepteur GABABR1 retrouve une localisation membranaire correcte, une glycosylation complète et l'accessibilité des ligands (White et al., 1998). Ces observations révèlent que pour être totalement fonctionnels, les récepteurs ont besoins d'être associés à la membrane plasmique sous forme d'homo ou d'hétérodimères.


b. La dimérisation nécessite l'activation d'un ou des récepteurs :

L'interaction directe entre le récepteur D2L et le récepteur SST5 de la somatostatine a été montrée cette année (Rocheville et al., 2000a). L'hétérodimérisation a été observée par la technologie FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfert), révélant la proximité des deux récepteurs. La transmission d'énergie n'existe qu'en présence de l'un des deux ligands, sans effet synergique. En absence de ligand, aucun rapprochement de deux récepteurs n'est observé. La dimérisation a pour conséquence une augmentation de l'affinité de la liaison des ligands ainsi que de l'efficacité de couplage à l'adénylate cyclase. En utilisant cette méthode de FRET, la même équipe a observé ces phénomènes d'homo et hétérodimérisation à l'intérieur de la famille des récepteurs à la somatostatine (Rocheville et al., 2000b). Les récepteurs SST1 et SST5 sont capables d'interagir sous forme d'homo ou d'hétérodimère alors que cela n'est pas possible pour le récepteur SST4. L'interaction ne se produit toujours qu'après la fixation du ligand. Une fois le récepteur activé, la dimérisation peut aussi être un moyen de réguler l'activité des récepteurs, comme c'est le cas pour les récepteurs d des opiacés (Cvejic et Devi, 1997) où les agonistes capables ou non d'induire l'internalisation du récepteur modifient aussi la capacité du récepteur à se dimèriser. Ainsi les agonistes qui permettent la disparition des dimères au profit des monomères facilitent aussi l'internalisation. Les implications thérapeutiques de ces phénomènes sont sans doute très importantes, bien qu'encore hypothétiques.


c. La dimérisation module l'efficacité de la transduction et l'activation des protéines G :

Nous venons de citer quelques exemples où la dimérisation est nécessaire à l'activation des récepteurs, mais les récepteurs peuvent aussi être déjà présents à la surface de la cellule dans leur état dimérisé. Des expériences qui plaident en ce sens ont été effectuées avec des peptides compétiteurs dirigés contre certains segments transmembranaires des récepteurs. Cette technique a été utilisée avec succès avec les récepteurs b2-adrénergiques, où un peptide similaire au 6ème segment transmembranaire inhibe la dimérisation et l'activation de l'adénylate cyclase (Hébert et al., 1996). En utilisant un peptide dirigé contre le même segment du récepteur D1, on entraîne une diminution de l'affinité et d'efficacité dans la production d'AMPc, sans empêcher la formation d'oligomère, contrairement aux récepteurs b2-adrénergiques (George et al., 1998). Par contre, un peptide correspondant au 7ème segment transmembranaire des récepteurs D2 bloque la formation de dimères (Ng et al., 1996). Ces interactions situées dans les 6ème et 7ème segments transmembranaires et qui permettent la dimérisation, sont donc spécifiques de chaque classe de récepteur. La fixation de l'agoniste favorise l'état dimérique alors qu'un agoniste inverse plutôt l'état monomérique. Hébert et al. ont effectué le sauvetage d'une mutation constitutive activatrice du récepteur b2-adrénergique (Cys 341 Gly) par coexpression de la forme sauvage (Hébert et al., 1998). L'effet dominant négatif est alors annulé par la dimérisation des récepteurs. Dans tous les cas, il n'y a pas de motif de dimérisation commun observé pour les récepteurs couplés aux protéines G. La base structurale des dimérisations entre récepteurs homologues semble fondée sur l'échange des domaines transmembranaires des récepteurs (Gouldson et al., 1998). Dans cette configuration, les récepteurs seraient surtout en contact au travers des 5ème et 6ème hélices a transmembranaires pour former des poches de fixation des ligands facilitant ainsi la transduction du signal. Ces interactions peuvent être interprétées comme un effet de la formation du transducisome (pour revue voir Bockaert et Pin, 1999; Hébert et Bouvier, 1998). Ainsi, la dopamine est capable d'entraîner la désensibilisation des récepteurs du glutamate (Schmidt et al., 1994). Toutefois, cette interaction peut ne provenir que de la phosphorylation hétérologue du récepteur lors de la désensibilisation et non de l'existence d'une interaction hétéromérique entre ces récepteurs.


d. La dimérisation permet les interactions avec d'autres classes de récepteurs :

L'existence d'interactions croisées entre le récepteur D1B et le récepteur GABAA de rat a été montré très récemment (Liu et al., 2000). Cette interaction spécifique ne fait intervenir que le récepteur D1B et pas le sous-type D1A grâce à une association physique des régions C-terminales du récepteur D1B et de la sous-unité g2 du récepteur GABAA. Cette interaction entraîne également des modifications fonctionnelles puisque l'addition de GABA entraîne une diminution de l'activation maximale d'AMPc due au récepteur D1B. De même, l'ajout de dopamine dans des neurones d'hippocampe en culture module la réponse électrophysiologique des récepteurs GABAA. Ces données montrent que l'interaction entre les récepteurs semble plus complexe qu'une simple dimérisation pour la modulation des voies de signalisation et que la forte divergence que l'on trouve entre les sous-types du récepteurs D1 dans la région C-terminale pourrait être responsable de la spécificité des récepteurs dans des interactions avec différents types de récepteurs.

Si pourtant la réalité fonctionnelle de la formation des complexes oligomériques et hétéromériques est clairement montrée, il faudrait encore d'autres expériences pour comprendre où, dans la cascade de signalisation la dimérisation intervient. En effet, presque chaque étape de la biologie du récepteur dans la cellule peut-être affectée, qu'il s'agisse de l'activation, de l'internalisation ou de la désensibilisation.