Résumé
Les récepteurs métabotropes du glutamate (mGluRs) sont des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) de classe C qui modulent la transmission synaptique et l'excitabilité neuronale via le L-glutamate, le principal neurotransmetteur excitateur du cerveau. Leur rôle dans les troubles neurologiques tels que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson, la schizophrénie, l'anxiété, l'épilepsie, la douleur et l'ischémie en fait des cibles thérapeutiques cruciales. Caractérisés par leur dimérisation obligatoire et leurs grands domaines extracellulaires, les mGluRs subissent des changements conformationnels complexes lors de la liaison des ligands, conduisant à la signalisation intracellulaire. Bien que les études récentes de cryo-EM aient fourni des informations structurelles précieuses, les dynamiques structurelles et les états intermédiaires essentiels à l'activation restent mal compris et nécessitent des techniques non conventionnelles capables de déchiffrer plusieurs états. L'hétérodimérisation des mGluRs ajoute une couche supplémentaire à leur diversité fonctionnelle, influençant la spécificité des ligands, la dynamique de signalisation et les réponses spécifiques aux tissus.Cette thèse se concentre sur l'utilisation avancée du transfert d'énergie de résonance de Förster sur molécules uniques (smFRET) pour élucider les mécanismes complexes d'activation des homodimères et hétérodimères de mGluR.En utilisant une stratégie de marquage basée sur des acides aminés non canoniques (ncAA) à deux sites spécifiques, le mGluR2 a été marqué de manière précise et peu invasive, permettant une détection robuste de l'hétérogénéité conformationnelle. Cette stratégie de double marquage a posé les bases pour des mesures précises de smFRET et de distances. Ce marquage site-spécifique précis est essentiel pour réaliser des expériences avancées de FRET multicolore.Une nouvelle stratégie de marquage triple spécifique a été introduite. Le smFRET à 3 couleurs a fourni des preuves directes d’un état conformationnel intermédiaire lors de l’activation du mGluR2, permettant une meilleure révision des données de smFRET à 2 couleurs et révélant une nouvelle dimension de la dynamique du récepteur. Cette stratégie a révélé comment les dimères de mGluR2, après liaison avec un agoniste, passent par des états intermédiaires avant une activation complète, offrant des informations que les méthodes structurelles statiques comme la cryo-EM ne peuvent pas facilement résoudre.Les études smFRET sur les hétérodimères mGluR2-4 ont ensuite révélé les diverses conformations induites par la liaison d'agonistes sélectifs à l'une ou l'autre sous-unité. Cette découverte, combinée avec de nouvelles données de cryo-EM et des études de signalisation réalisées par nos collaborateurs, a révélé le mécanisme d'activation partielle lors de la liaison d'un agoniste sélectif, entraînée par une réorientation asymétrique des sous-unités du récepteur. Cela met en lumière les mécanismes d'activation uniques des hétérodimères et leur rôle potentiel dans le réglage fin de la signalisation glutamatergique de manière spécifique aux tissus. Les investigations préliminaires sur le mGluR4 ont également suggéré des différences spécifiques aux sous-types dans l’activation, renforçant la diversité fonctionnelle des sous-types de mGluR.Ces découvertes éclairent non seulement la complexité de l'activation des mGluRs, mais soulignent également l'importance des comportements spécifiques aux hétérodimères dans le réglage fin de la signalisation glutamatergique. Collectivement, ce travail met en avant le potentiel des stratégies sophistiquées de marquage et de l'analyse smFRET comme un outil puissant pour explorer la dynamique des RCPGs et fournir des connaissances fondamentales pour concevoir des stratégies thérapeutiques ciblées.