Impact de différentes modalités de recrutement de la β-arrestine au récepteur de chimiokine CXCR4

Les chimiokines sont de petites protéines impliquées dans la migration cellulaire.  La chimiokine CXCL12 (aussi appelée SDF-1) signalise via le récepteur CXCR4. CXCR4  est surexprimé dans plus de 20 types de cancer et est associé à une augmentation du taux  de métastases, de la croissance de cellules cancéreuses ainsi qu’à leur survie. La diversité  et la complexité de la signalisation de CXCR4 font l'objet de nombreuses recherches, mais  CXCR4 signalise par deux voies principales: Gαi et β-arrestine. Les mécanismes de  régulation du recrutement de la β-arrestine demeurent à préciser, mais le récent cadre  d’interprétation décrit un mécanisme de recrutement en deux étapes permettant deux  niveaux d’interaction. La première étape permettrait la liaison de l’extrémité C-terminale  du récepteur à la β-arrestine, formant une interaction partielle, tandis que la seconde  permettrait une liaison subséquente de la β-arrestine au coeur du récepteur, formant une  interaction complète.  Ce projet étudie ces différentes modalités de recrutement à l’aide des mutants  constitutivement actifs de CXCR4 ; N119S et R134A, et ce en utilisant des systèmes de  transfert d'énergie de résonance de bioluminescence (BRET). Nous avons confirmé que  CXCR4 N119S est un mutant constitutivement actif (CAM) à la fois sur le Gαi et la voie  arrestine. En revanche, R134A est un mutant constitutivement inactif (CIM), soit dépourvu  de signalisation par la protéine G, mais recrute cependant spontanément la β-arrestine 2.  Nous suggérons que les différences de recrutement de la β-arrestine observés en  BRET entre ces deux mutants représentent des modalités de recrutement différentes. Ainsi,  le mutant N119S représentait l’interaction complète tandis que le mutant R134A  représentait l’interaction partielle. De façon similaire, nous observons des différences  d’activation de ERK par immunoblot entre ces mutants. Finalement, l’utilisation de la PTX,  inhibant l’activation de la Gαi, démontre que le mutant R134A recrute la β-arrestine à  travers une modalité différente. Nous suggérons que ce mutant permet la formation d’un  megaplex entre la protéine G hétérotrimérique et la β-arrestine. Chemokines are small proteins involved in cell migration. The chemokine CXCL12  (SDF-1) signals via the receptor CXCR4. CXCR4 is overexpressed in more than 20 types  of cancer, and associated with metastasis and increased cancer cell growth and survival.  The diversity and complexity of CXCR4 signaling are subject to research, but CXCR4  signals through two major pathways: Gαi and β-arrestin 2. Regulatory mechanisms for β-  arrestin recruitment remain to be defined, but the recent interpretive framework describes  a two-stage recruitment mechanism allowing for two levels of interaction. The first step  would allow binding of the C-terminal end of the receptor to β-arrestin, forming a partial  interaction, while the second would allow subsequent binding of β-arrestin to the core of  the receptor, forming a complete interaction.  This project studies these different recruitment modalities using the constitutively  active mutants of CXCR4; N119S and R134A, using bioluminescence resonance energy  transfer (BRET) systems. We confirmed that CXCR4 N119S is a constitutively active  mutant (CAM) on both Gαi and the arrestin pathway. On the other hand, R134A is a  constitutively inactive mutant (CIM), thus lacking signaling by the G protein, but  spontaneously recruits β-arrestin.  We suggest that the differences in recruitment of β-arrestin observed in BRET  between these two mutants represent these different recruitment modalities. Thus, the  mutant N119S represents the complete interaction while the mutant R134A represents the  partial interaction. Similarly, we observe differences between these mutants in activation  of ERK by Immunoblot. Finally, the use of PTX, inhibiting the activation of Gαi,  demonstrates that the mutant R134A recruits β-arrestin through a different modality. We  suggest that this mutant allows the formation of a megaplex between β-arrestin and the  heterotrimeric G-protein.

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