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

Abstract

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.