IV. Transduction et modulation du signal intracellulaire par les récepteurs D1 :

Lorsque le récepteur est correctement ciblé à la membrane plasmique, il est prêt pour être activé par le neurotransmetteur. Cependant les très nombreuses voies de transduction du signal qui existent et qui peuvent être théoriquement activées impliquent l'existence d'un ordre d'organisation supplémentaire à la membrane plasmique. En effet, le choix entre les différentes voies peut avoir lieu à plusieurs niveaux tels que celui des protéines G, celui des interactions directes entre récepteurs, ou celui de l'organisation de complexes supramoléculaires contenant les protéines effectrices.


IV.A. Couplage des récepteurs aux protéines G et contraintes structurales :

Le rôle des récepteurs couplés aux protéines G doit d'abord être considéré comme facteur d'échange pour l'activation des protéines G (pour revue voir Hamm, 1998; Valdenaire et Vernier, 1997). Cependant, ce facteur d'échange dépend de signaux extracellulaires. En pratique, le récepteur oscille entre deux états fonctionnels (pour revue voir Sandhya et Vemuri, 1997). Au repos, la protéine G est associée aux régions cytoplasmiques du récepteur dans sa forme trimérique (sous-unités a, b et g), liée au GDP. Dans cet état, le récepteur possède une haute affinité pour les agonistes naturels et il est stabilisé par les antagonistes. Dans son état «actif», et en présence d'agoniste, le récepteur entraîne l'échange GDP/GTP et la dissociation de la forme trimérique de la protéine G (pour revue voir Gether et Kobilka, 1998). Le récepteur passe alors dans un état de basse affinité. Les protéines G servent comme intermédiaire entre le récepteur et les voies de signalisation. Leur rôle de partenaire et leur spécificité est donc importante dans le choix du signal d'activation (pour revue voir Bourne, 1997). Les deux grandes classes de récepteurs D1 et D2 sont d'ailleurs couplées à des protéines G différentes, Gs pour la classe D1 et Gi ou Go pour la classe D2.

Plus en détail, si les récepteurs D1B sont couplés à la protéine Gs comme les récepteurs D1A, ils sont également couplés aux protéines Gz (Sidhu et al., 1998). En marge de ces couplages classiques, les récepteurs D1 ont été trouvés associés à d'autres protéines G comme Gi (Sidhu et al., 1991), Go (Kimura et al., 1995) et Gq (Wang et al., 1995) ce qui pourrait expliquer certaines des interactions observées avec la Phospholipase C (PLC) par exemple (pour revue voir Sidhu, 1998). Il faut sans doute être plus critique vis-à-vis de ces «couplages» qui n'ont jamais vraiment été démontré formellement. Dans la plupart des cas, il s'agit plutôt d'interactions indirectes qui mettent en jeu la coactivation d'autres systèmes comme des récepteurs à activité tyrosine kinase ou des protéines adaptatrices. Cette organisation modulaire des protéines de transduction confère un haut degré de spécificité spatiale et temporelle qui caractérise malgré leur large diversité la transmission des messages à travers la membrane plasmique.

L'analyse par mutagenèse dirigée et les chimères entre récepteurs sont des outils puissants pour étudier les liens structure/fonction et leurs relations avec l'activation cellulaire. Des chimères entre les récepteurs D1 et D2 montrent que l'activation de l'adénylate cyclase par les agonistes n'est détectable que dans les constructions qui contiennent la troisième boucle intracytoplasmique du récepteur D1, probablement responsable du couplage à la sous-unité Ga (Kozell et al., 1994). A côté des expériences de délétion, les chimères sont des moyens moins «destructeurs» pour analyser les différentes régions impliquées dans le couplage aux protéines G (Näsman et al., 1997). Ces chimères montrent également que pour le récepteur D2 plusieurs domaines cytoplasmiques sont requis pour l'activation, contrairement au récepteur D1 (Kozell et Neve, 1997) où seule la troisième boucle intracytoplasmique semble nécessaire pour activer la protéine Gs.

Des travaux plus détaillés sur le récepteur b2-adrénergique indiquent que la deuxième boucle intracytoplasmique et les parties N et C-terminales de la troisième boucle intracytoplasmique interviennent dans la spécificité récepteur/protéine G (pour revue voir Wess, 1998). L'homologie des récepteurs D1 et des récepteurs b-adrénergiques suggère qu'il pourrait en être de même pour les récepteurs D1.

La conformation du récepteur est soumise à un grand nombre de contraintes, car la modification des segments transmembranaires engendre systématiquement des modifications des mécanismes de transduction ou des caractéristiques de liaison des ligands (Figure 14 et Figure 15). Cette contrainte se manifeste par le taux de conservation très élevé de la séquence de ces segments lorsque l'on compare les séquences alignées des récepteurs D1 (plus de 70% d'identité). Le meilleur exemple de cette contrainte structurale intervenant sur la fonction du récepteur est la boucle supplémentaire crée par palmitoylation pour l'ancrage de la région C-terminale du récepteur à la membrane plasmique (pour revue voir Morello et Bouvier, 1996; Figure 2). Les mutations des cystéines impliquées dans la palmitoylation ont plusieurs implications. Pour le récepteur D1A humain, les deux cystéines (Cys 347 et Cys 351) sont capables d'être palmitoylées (Jensen et al., 1995; Jin et al., 1999). La délétion de la cystéine 351 n'affecte pas les fonctions principales du récepteur alors que celle de la cystéine 347 modifie le profil de liaison du récepteur mais aussi le couplage à l'adénylate cyclase et la désensibilisation du récepteur. En plus de ce rôle structural pour les récepteurs D1 l'incorporation d'acide palmitique pourrait avoir un rôle de régulation, car elle augmente après traitement avec la dopamine (Ng et al., 1994). La délétion de la cystéine 347 dans le récepteur D1A humain empêche également le récepteur de se désensibiliser en présence d'agoniste (Jensen et al., 1995).



Figure 14 : Les mutations qui modifient les propriétés de liaison des ligands des récepteurs D1. Sur cette figure sont représentées les mutations qui modifient la liaison des ligands spécifiques des récepteurs D1. Les barres grisées dans le tableau indiquent que ce sont des mutations multiples. La séquence est celle du D1A humain, la glutamine 439 a été indiquée et numérotée en accord avec l'alignement des séquences (Figure 4). Références : 1 (Jensen et al., 1995), 2 (Tomic et al., 1993), 3 (Pauwels et Wurch, 1998), 4 (Cho et al., 1996), 5 (Pollock et al., 1992), 6 (Demchyshyn et al., 2000).



Figure 15 : Les mutations qui modifient l'activité des récepteurs D1. Sur cette figure sont représentées les mutations qui modifient l'activité de l'adénylate cyclase ou les propriétés de désensibilisation des récepteurs D1. Les barres grisées dans le tableau indiquent que ce sont des mutations multiples. La séquence est celle du D1A humain. Références : 1 (Jensen et al., 1995), 2 (Pauwels et Wurch, 1998), 3 (Cho et al., 1996), 4 (Pollock et al., 1992), 5 (Zamanillo et al., 1995), 6 (Charpentier et al., 1996), 7 (Sibley et al., 1998), 8 (Jiang et Sibley, 1999).



Sans palmitoylation, le récepteur ne pourrait plus former cette quatrième boucle intracytoplasmique nécessaire au couplage avec les protéines G. Toutefois les résultats observés sont en contradiction avec ceux de Jin et collaborateurs qui eux n'ont pas trouvé de modifications dans les profils de liaison ni dans l'activation de la cyclase lorsqu'ils effectuent la délétion de la cystéine (Jin et al., 1997). Ce type de résultats se retrouvent pour d'autres récepteurs couplés aux protéines G. Ainsi la modification des cystéines n'entraîne aucun changement pour les récepteurs de l'hormone lutheinisante (LH, Lutheinizing Hormone), le récepteur a2-adrénergique, m2 muscarinique et celui de l'hormone libérant la thyrotropine (TRH). Seuls les récepteurs b2-adrénergiques sont modifiés par cette délétion (Moffet et al., 1993; O'Dowd et al., 1989). Le couplage à la protéine Gs est alors impossible ce qui empêche son activation, et le récepteur présente un profil de phosphorylation typique d'un état phosphorylé. Toutes ces observations contradictoires renforcent l'idée que les récepteurs sont très sensibles aux environnements cellulaires, ce qui rend les analyses des mutations ponctuelles beaucoup plus difficiles.