Étude des propriétés de signalisation et de trafic du récepteur delta opiacé : vers une meilleure compréhension des bases cellulaires de la tolérance analgésique aux opioïdes

Abstract

L'activation des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) déclenche en parallèle avec le processus de signalisation une réponse de régulation. Cette réponse est initiée par la phosphorylation du récepteur suivie par le recrutement de la β-arrestine (βarr), l'internalisation du récepteur et son tri ultérieur vers la voie de dégradation ou de recyclage vers la membrane plasmique. De nombreux rapports ont signalé pour le récepteur opioïde delta (DOPr) la présence de réponses biaisées en fonction du ligand, le long des différentes étapes des cascades de signalisation et de régulation. Cette sélectivité fonctionnelle a expliqué dans certains cas la capacité différentielle de ces ligands à produire la tolérance analgésique in vivo. En effet, il a été démontré que les ligands biaisés qui activent préférentiellement la voie de signalisation par rapport à l’internalisation produisent moins de tolérance analgésique que ceux favorisant l’internalisation du récepteur. D’autre part, les mécanismes de tri post-endocytique du récepteur (recyclage ou dégradation) ont récemment constitué la pierre angulaire pour la compréhension des bases moléculaires de cette tolérance analgésique. Dans ce contexte, il a été établi que les ligands produisant le recyclage du récepteur suite à son internalisation produisent une action analgésique soutenue en les comparant à ceux envoyant le récepteur vers la voie de dégradation. Cette étude était alors réalisée dans le but ultime de mieux comprendre les déterminants moléculaires à la base de la perte de l’efficacité analgésique avec l’administration des opioïdes. Nous avons alors voulu tout d’abord évaluer comment le biais de signalisation par rapport à l’internalisation prédirait la tolérance analgésique in vivo et en second lieu nous nous sommes intéressés à décrire l’itinéraire post-endocytique du DOPr et son rôle dans la prévention de cette tolérance. Nous avons alors démontré qu’il existe un biais mesurable pour la modulation de la signalisation par rapport à l’internalisation pour certains agonistes du DOPr en utilisant les nouveaux outils pharmacologiques de quantification du biais. Ce biais mesuré au niveau des cellules HEK293 n’a pas prédit la tolérance analgésique in vivo d’autant plus que les propriétés d’internalisation du DOPr différaient entre les cellules HEK293 et les neurones, lieu biologique où les opioïdes exercent leurs fonctions analgésiques. Ceci soulève la question si le biais observé serait maintenu à travers les différents systèmes biologiques d’où l’intérêt de l’étude des mécanismes du trafic post-endocytique comme alternative pour la compréhension de cette tolérance analgésique. Ainsi, nous avons établi que le DOPr recycle des endosomes tardifs vers la membrane plasmique en passant par le réseau du trans-Golgi (TGN) en faisant intervenir la protéine X interagissant avec le gène 2 lié à l’apoptose (ALIX) et le complexe de récupération Rab9/ Protéine intéragissant avec la queue de 47kD (TIP47). L’interférence avec cet itinéraire établi a précipité la tolérance à l'analgésie, indiquant que le recyclage du récepteur tel que décrit contribue au maintien de la réponse analgésique aux agonistes du DOPr in vivo. Ces informations fournissent des éléments pertinents pour le processus de criblage de nouveaux opioïdes ayant une activité analgésique durable.

Activation of G protein coupled receptors (GPCR) triggers a regulatory response in parallel with signaling processes. This response is initiated by receptor phosphorylation followed by β-arrestin (βarr) recruitment, receptor internalization, and subsequent sorting towards either the degradation pathway or recycling back to the membrane. Numerous reports have spoken of delta opioid receptor (DOPr) ligand-biased responses among signaling and regulation cascades. This functional selectivity may explain the differential profiles of these ligands to produce analgesic tolerance in vivo. Indeed, it has been shown that biased ligands that preferentially activate the signaling pathway over internalization produce less analgesic tolerance than those producing receptor internalization. On the other hand, the post-endocytic sorting mechanisms (recycling or degradation) of receptors have recently been the cornerstone for understanding the molecular basis of this analgesic tolerance. In this context, ligands producing receptor recycling following internalization have been shown to produce sustained analgesic action by comparing them to those sending the receptor to the degradation pathway. In the light of these observations, this study was conducted to better understand the molecular determinants underlying the loss of analgesic efficacy following prolonged opioid administration. We first wanted to evaluate how signaling versus internalization bias predicts analgesic tolerance in vivo, and secondly we are interested in describing the post-endocytic route of DOPr and how it prevents this tolerance. We then demonstrated that there is a measurable signaling versus internalization bias for some DOPr agonists using novel pharmacological tools for quantifying bias. This bias measured in HEK293 cells did not predict the analgesic tolerance in vivo and the DOPr internalization properties were different between HEK293 cells and neurons, where opioids exert their analgesic functions. This raises the question whether the observed bias would be maintained across the different biological systems. We were then interested to study the post-endocytic trafficking mechanisms as an alternative for understanding this analgesic tolerance. We established that the late endosome sorting mechanism involved the ALG-2-interacting Protein X (Alix) and the tail-interacting protein 47 (TIP47)/Rab9 retrieval complex, which support translocation of the receptor to the trans-Golgi network (TGN), from where it is subsequently recycled to the cell membrane. Preventing DOPr from completing this route precipitated acute analgesic tolerance, supporting the relevance of this recycling path in maintaining the analgesic response by this receptor. These results provide relevant insights for the process of screening new opioids with sustained analgesic activity.