The impact of membrane lipid poly-unsaturation on dopamine D2 receptor internalization pathway
Impact de l’insaturation membranaire sur la voie d’internalisation du récepteur dopaminergique de type 2
Résumé
The dopamine receptor type 2 (D2R) is a G protein-coupled receptor (GPCR) specifically expressed in the central nervous system where it is largely involved in the control of several brain functions, including motivation, cognition or motor activity. Deregulations of the signaling pathways mediated by this receptor seem to be involved in the development of several psychiatric disorders such as depression, bipolar disorders, or schizophrenia. Despite their diversity, these disorders are accompanied by imbalances in lipid metabolism leading to a significant decrease in polyunsaturated fatty acid (PUFAs) levels. Although several clinical studies have reported the therapeutic potential of PUFAs supplementation for the reduction or prevention of certain psychiatric symptoms, the role of PUFAs in the alteration of dopaminergic transmission and the genesis of certain psychiatric diseases remains unknown. Thus, the hypothesis of this work is that PUFAs content in neuronal membranes expressing the D2R could influence the mechanisms of neurotransmission via a direct action on the pharmacology, the intracellular signaling, and the internalization of this receptor. In this context, the objective of this project was to evaluate the impact of membrane PUFAs on D2R internalization pathway. To unravel this, the receptor as well as all the proteins necessary to allow its internalization pathway have been expressed in mammalian cell system whose membrane PUFA composition has been enriched in a controlled manner. Lipidomic analysis confirmed the increase of PUFA content in total membranes of enriched cells. Then, Raman micro-spectroscopy was applied to determine the cellular distribution of exogenous fatty acid. Complementary techniques, confocal microscopy and time-resolved energy transfer, revealed a correlation between the membrane unsaturation level and D2R internalization efficacy. Interestingly, this correlation was not observed for another GPCR, the β2-adrenergic receptor, or by modulating the level of membrane saturated fatty acids (SFAs). Finally, TIRF microscopy was used to elucidate the impact of membrane lipid polyunsaturation on D2R membrane trafficking and β-arrestin recruitment, crucial for the initiation of D2R internalization. This study revealed a significant alteration in β-arrestin recruitment suggesting a causal link between membrane PUFAs level, β-arrestin recruitment, and D2R internalization. Thus, our data hold great promise for identifying the role of PUFAs in the genesis of psychiatric diseases.
Le récepteur dopaminergique de type D2 (RD2) est un récepteur couplé à une protéine G (RCPG) majoritairement exprimé au niveau du système nerveux central où il est largement impliqué dans le contrôle de plusieurs fonctions cérébrales, dont la motivation, la cognition et la motricité fine. Des dérégulations des voies de signalisation médiées par le RD2 semblent être impliquées dans le développement de plusieurs pathologies psychiatriques telles que la dépression, les troubles bipolaires ou la schizophrénie. Bien que très différents, ces troubles ont notamment en commun une altération du métabolisme lipidique entrainant une diminution significative des taux en acides gras polyinsaturés (AGPI). Malgré le fait que plusieurs études cliniques ont rapporté le potentiel thérapeutique d’une supplémentation en AGPI pour la réduction voire la prévention de certains symptômes psychiatriques, le rôle des AGPI dans l’altération de la transmission dopaminergique et dans la genèse de certaines maladies psychiatriques demeure inconnu. Ainsi, l’hypothèse émise par notre équipe est que la composition en AGPI des membranes neuronales exprimant le RD2 pourrait influer sur les mécanismes de neurotransmission via une action directe sur la pharmacologie, la signalisation intracellulaire ainsi que l’internalisation de ce récepteur. Dans ce contexte, l’objectif de ce projet de thèse était d’évaluer l’impact des AGPI membranaires sur la voie d’internalisation du RD2. Ceci a été étudié par une approche in cellulo basée sur l’utilisation d’un système cellulaire, enrichi en AGPI d’intérêt, exprimant le RD2 humain ainsi que toutes les protéines nécessaires pour mimer sa voie d’internalisation. La réalisation d’analyses lipidomiques nous a permis, dans un premier temps, de nous assurer de l’augmentation de la teneur en AGPI dans les membranes totales des cellules enrichies. Ensuite, l’imagerie Raman a permis d’identifier la distribution cellulaire des acides gras d’intérêt. L’utilisation de cette approche cellulaire ainsi que des techniques complémentaires, la microscopie confocale et le transfert d’énergie en temps résolu, a révélé une corrélation entre le taux d’insaturation membranaire et la voie d’internalisation du RD2. D’une manière intéressante, cette corrélation n’était pas observable pour un autre RCPG de la même classe, le récepteur β2-adrénergique, ou en modulant le taux des acides gras saturés (AGS) membranaires. Dans un dernier temps, la microscopie TIRF a été utilisée pour élucider l’impact de l’enrichissement membranaire en AGPI sur le trafic membranaire du RD2 ainsi que sur le recrutement membranaire d’une protéine cytosolique, la β-arrestine, indispensable pour l’initiation de l’internalisation du RD2. Cette étude a mis en évidence une altération significative au niveau du recrutement de cette protéine cytosolique. Ainsi, cette observation suggère l’existence d’un lien causal entre le taux d’insaturation membranaire, le recrutement de la β-arrestine et l’internalisation du RD2. Nos données sont très prometteuses pour l’identification du rôle des AGPI dans la genèse des maladies psychiatriques.
Domaines
Chimie thérapeutique| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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