Soutenance de thèse de Rym Ben Boubaker

The March 31, 2022

"Mécanismes moléculaires de la réponse des récepteurs AT1 et AT2 de l’angiotensine II à des stimuli mécaniques : Influence de la composition membranaire"

31 Mars - 14h - Salle de conférence IRIS2

Résumé :

Les récepteurs de l’angiotensine II de type 1 (AT1) et de type 2 (AT2) sont deux récepteurs qui appartiennent à la superfamille des RCPG. Ces récepteurs sont impliqués fortement dans l’homéostasie cardiovasculaire et la pression artérielle. En absence de leur ligand naturel, certains RCPG sont activables par des forces mécaniques (les forces cisaillement ou l’étirement membranaire) ou par les lipides anioniques tels que les DOPG mais nous ignorons encore comment ces facteurs externes modifient les mécanismes moléculaires d’activation des récepteurs de l’angiotensine. Nous avons donc réalisé des simulations de dynamique moléculaire classique et dirigée des récepteurs AT1 et AT2 en modélisant le stress mécanique sous forme de tension de surface, mimant ainsi l’effet d’étirement. Nous avons examiné les mécanismes d’activation de ces deux récepteurs en absence et en présence de l’ion sodium, un régulateur allostérique négatif, ainsi que dans des environnements lipidiques différents (DOPG/POPC). Nos simulations dynamiques classiques montrent que l’activation du récepteur AT1 par l’effet des lipides anioniques DOPG couplé à une tension de 20 dyn/cm conduit à l’adoption d’une conformation active particulière « non-canonique ». En utilisant les simulations dynamiques dirigées, nous avons montré les étapes mécanistiques d’activation des récepteurs AT1 et AT2 et nous avons pu ainsi identifier la structure non canonique d’AT1 comme une structure intermédiaire d’activation. Cette structure est modulée par les interactions électrostatiques entre les hélices 6 et 7, en particulier les interactions entre D6.32 et K7.58. Par conséquence, toute perturbation de ces interactions par des facteurs externes peut initier l’activation du récepteur d’AT1 en absence de son ligand. Ainsi, l’activation du récepteur AT1 par les lipides anioniques peut être expliquée par l’interaction des DOPG avec les résidus chargés positivement de l’hélice 7 et 8 tel que les lysines K7.58 et K7.61. Ces résultats mettent en évidence un site allostérique qui pourrait être ciblé en drug design.

Abstract:
Angiotensin II type 1 (AT1) and type 2 (AT2) receptors are two receptors that belong to the GPCR superfamily. These receptors are strongly involved in cardiovascular homéostasis and blood pressure. In the absence of their natural ligand, some GPCRs can be activated by mechanical forces (shear forces or membrane stretching) or by anionic lipids such as DOPGs, but the effects of these external factors on the AT1 and AT2 molecular mechanisms of activation are still unknown. To answer these questions, we performed classical and steered molecular dynamics simulations of AT1 and AT2 receptors by modeling mechanical stress as surface tension, thus mimicking stretching. We analyzed the activation mechanisms of these two receptors in the absence and presence of the sodium ion, a negative allosteric regulator, and in different lipid environments (DOPG/POPC). Our classical dynamics simulations show that activation of the AT1 receptor by the effect of anionic DOPG lipids coupled to a surface tension of 20 dyn/cm leads to the adoption of a particular "non-canonical" active conformation. Steered dynamics simulations reveal the mechanistic steps of AT1 and AT2 activation and thus identify the non-canonical structure of AT1 as an intermediate structure in the activation process. This structure is modulated by electrostatic interactions between helices 6 and 7, in particular the interactions between D6.32 and K7.58. Therefore, any disruption of these interactions by external factors may initiate AT1 receptor activation
in the absence of ligand. Thus, activation of the AT1 receptor by anionic lipids can be explained by the interaction of DOPGs with positively charged residues of helix 7 and 8 such as K7.58 and K7.61. These results highlight an allosteric site that could be targeted in drug design.