Mécanismes de reconnaissance et de transmission du signal de la PRRP et de la PRRPR

Contexte de la recherche

Les neuropeptides, les molécules de signalisation les plus abondantes du système nerveux, comptent plus de 100 types identifiés et jouent un rôle crucial dans des processus physiologiques tels que le métabolisme, la perception de la douleur, et la reproduction. Parmi ceux-ci, les neuropeptides RF-amides sont caractérisés par leur motif C-terminal Arg-Phe-NH₂ (RF-amide), y compris le peptide de libération de la prolactine (PRRP), le neuropeptide FF (NPFF) et la kisspeptine. Les neuropeptides RF-amides interagissent avec des récepteurs spécifiques couplés à des protéines G (GPCR) pour réguler diverses fonctions physiologiques. Cependant, bien que la PRRP et son récepteur PRRPR jouent un rôle essentiel dans la régulation du stress, de l’appétit, de la douleur et des fonctions cardiovasculaires, leurs mécanismes de liaison et d’activation restent encore partiellement élucidés.

PRRP est un neuropeptide RF-amide très conservé qui a été identifié comme ligand endogène du PRRPR via la pharmacologie inverse. PRRP se lie principalement à PRRPR en activant la voie de signalisation Gq/11, tout en pouvant également activer la voie Gi/o. Cependant, les études structurelles concernant l’interaction entre PRRP et PRRPR sont limitées, ce qui restreint la compréhension de leurs mécanismes fonctionnels. Ainsi, cette étude présente des structures obtenues par cryo-microscopie électronique (Cryo-EM) de la PRRP liée au PRRPR en complexant Gq et Gi, offrant une base structurale pour le développement de médicaments sélectifs.

Source de la recherche

L’article est publié dans “Cell Discovery”, réalisé par des chercheurs de l’Institut des Sciences Matérielles de Shanghai, de l’Université des Sciences de la Chine, de l’Université de Médecine Chinoise de Nanjing et de l’Université Jiaotong de Shanghai, entre autres. Les principaux auteurs sont Yang Li, Qingning Yuan, et les auteurs correspondants sont H. Eric Xu et Li-Hua Zhao. Cette étude détaille les caractéristiques structurales de l’interaction entre PRRP et PRRPR, offrant des informations essentielles pour la recherche sur les mécanismes du système peptide-récepteur et le développement de nouveaux traitements.

Méthodes de l’étude

1. Processus de la recherche

Les chercheurs ont d’abord construit et exprimé le récepteur PRRPR en utilisant une version sauvage en longueur totale, tout en introduisant des balises et des sondes moléculaires pour stabiliser le complexe GPCR-G. Ensuite, la Cryo-EM a été utilisée pour analyser la structure du complexe PRRP20 (un isomère actif de 20 acides aminés de la PRRP) lié au PRRPR et activant les hétérotrimères Gq et Gi, avec des résolutions respectives de 2,96 Å et 2,97 Å. De plus, des simulations de dynamique moléculaire (MD) et des expériences fonctionnelles ont été menées pour analyser les énergies de liaison, la flexibilité et les caractéristiques d’activation des différents complexes.

2. Techniques expérimentales clés

• Production du complexe : Expression conjointe du PRRPR et de son ligand dans des cellules d’insectes, suivie de purification par affinité et de séparation par chromatographie.
• Analyse par cryo-EM : Les échantillons ont été congelés dans un environnement à l’azote liquide et analysés avec le microscope Titan Krios G4, permettant une reconstruction précise des structures moléculaires.
• Simulation de dynamique moléculaire : Les modèles des complexes PRRPR-Gq/Gi ont été construits pour des simulations de 200 ns, permettant d’étudier le comportement dynamique de la liaison et de l’activation du récepteur.
• Validation fonctionnelle : Les essais BRET2 ont évalué l’efficacité de dissociation induite par PRRP20, et des études de mutation ont été réalisées pour valider l’importance des acides aminés clés.

Résultats de l’étude

1. Structure de la liaison entre PRRP20 et PRRPR

PRRP20 présente une conformation en forme de L, son motif RF-amide C-terminal s’insère dans la poche de liaison du PRRPR. L’analyse structurale révèle que le C-terminal du PRRP20 forme un réseau d’interactions polaires et hydrophobes avec des résidus tels que C113².⁵⁷, T117².⁶¹, Q141³.³² et H321⁷.³⁹. Ces interactions sont essentielles à la grande affinité du PRRP20. De plus, la conservation des acides aminés R19 et F20 suggère une importance commune à travers différents récepteurs de peptides RF-amides.

2. Mécanisme d’activation de PRRPR

L’activation de PRRPR se caractérise par un déplacement vers l’extérieur de la région transmembranaire TM6 et un déplacement vers l’intérieur de TM7. Ces changements de conformation sont transmis à la région intracellulaire pour coupler la protéine G. F20 interagit avec Q141³.³², ce qui déclenche une modification de la conformation de TM3 et, par conséquent, active PRRPR. L’étude révèle également une voie d’activation unique pour PRRPR, où Y146³.³⁷ interagit avec TM5 pour stimuler le mouvement de TM6, un mécanisme qui diffère des autres récepteurs GPCR.

3. Couplage sélectif PRRPR-Gq/Gi

Le couplage entre PRRPR et Gq ou Gi présente des différences conformationnelles significatives, notamment dans la position relative de TM6 et de l’hélice α5 de la sous-unité Gα. PRRPR préfère se coupler à Gq, probablement en raison des interactions polaires distinctives présentes dans la région dite “wavy hook” de l’hélice α5. Des études de mutation ont confirmé l’importance de ces interactions dans la sélectivité de signalisation.

Signification de l’étude

Cette étude a dévoilé, grâce à des structures à haute résolution par Cryo-EM, les mécanismes moléculaires de la liaison et de la transmission du signal entre PRRP et PRRPR, fournissant une base structurale pour le développement de médicaments sélectifs ciblant ce système peptide-récepteur. Ces découvertes non seulement approfondissent la compréhension des mécanismes de reconnaissance des neuropeptides RF-amides, mais elles ouvrent également la voie à de nouvelles stratégies pour le traitement de maladies telles que la régulation de l’appétit, la réponse au stress et la modulation de la douleur. De plus, la méthodologie innovante utilisée dans cette étude est une référence importante pour la recherche sur d’autres GPCR.

Points forts de la recherche

1. Dévoile les détails moléculaires de la liaison entre PRRP20 et PRRPR, fournissant un mécanisme de reconnaissance universel du motif RF-amide.
2. Démontre une voie d’activation unique de PRRPR, différant des autres GPCR.
3. Fournit une base structurale pour la compréhension du couplage sélectif entre PRRPR et Gq/Gi, facilitant le développement de médicaments sélectifs.

Cette étude comble une lacune dans les recherches structurelles sur PRRPR et fournit des ressources précieuses pour des recherches futures sur les mécanismes GPCR.