Exploiting G protein-coupled receptors : exploring new possibilities for protein-based biosensors

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) correspond à la plus grande famille de protéines membranaires chez l'homme et sont impliqués dans un nombre important de processus physiologiques. Ils ont la capacité de fixer une large gamme d'activateurs, parmi eux on retrouve les hormones, les neurotransmetteurs, les sucres, les protéines, les peptides, mais aussi l'énergie lumineuse. L'ICCR (anglais : « ion channel-coupled receptor ») est un récepteur ionotrope artificiel créé par la fusion d'un RCPG et d'un canal ionique Ktsub{ir}6.2. Lorsque le RCPG est activé par son ligand, celui-ci va subir des changements conformationnels, directement transmis au canal. Cela va donc entrainer une modification de son flux d'ions, pouvant facilement être mesurer par la technique TEVC (anglais : « two-electrode voltage-clamp »).Grâce au vaste répertoire de RCPG naturels, cette famille convient parfaitement pour des applications de biocapteurs. Dans l'équipe, plusieurs ICCR ont déjà été créés à partir de différents récepteurs, par exemple les récepteurs muscarinique M2 et dopaminergique D2. Le but de cette thèse a été d'élargir cette gamme d'ICCR à la famille des récepteurs olfactifs.Malgré le fait que la famille des récepteurs olfactifs représente presque la moitié de tous les RCPG chez l'homme, ces derniers sont également les récepteurs les moins connus et étudiés. Étant capables de détecter, souvent en très faibles concentrations, la présence dans l'air de composés organiques volatils, ils sont aussi idéaux dans le cadre du développement de biocapteurs. En effet, cette capacité à détecter des composés en phase gazeuse, offre de grandes possibilités afin de créer des outils de diagnostique non invasifs, ou encore de créer des biocapteurs dans le cadre d'analyses environnementales.Durant ce travail, des difficultés se sont présentées pour l'expression hétérologue des ICCR dans les ovocytes de Xénopes. De ce fait, des efforts poussés ont été réalisés afin optimiser l'expression. En premier lieu, l'expression des ICCR dans des cellules d'insecte a été testée permettant une expression bien plus importante que précédemment testé dans les ovocytes. Dans un second temps, la caractérisation d'un RCPG chimérique, créé de la fusion de deux RCPG différents a été testé, donnant lieu à un RCPG fonctionnel. Ce travail offre une porte d'entrée intéressante pour le développement de nouveaux ICCR ou bien des RCPG.G protein-coupled receptors (GPCRs) are the largest family of human membrane proteins, and are responsible for controlling many physiological functions. The range of activators and ligands is unparalleled, these include, hormones, neurotransmitters, sugars, proteins, peptides, and light energy. The ion channel-coupled receptor (ICCR) is an artificial ligand-gated ion channel, based on the fusion of a GPCR and the Ktsub{ir}6.2 ion channel. When the GPCR component is activated by its ligand, conformational changes are passed from the receptor to the channel, altering its flow. This effect can be easily measured by two-electrod voltage-clamp.Due to the huge repertoire of naturally-occurring GPCRs, these molecular sensors are ideal for use in biosensors. Many ICCRs have already been created from different GPCRs, such as for the Muscarinic M2 and Dopamine D2 receptors. The aim of this work is to expand the ICCR technology into the realm of olfactory receptors.Olfactory receptors are some of the least well-studied GPCRs, despite the fact they represent about half of the entire GPCR family in humans. Olfactory receptors are also some of the most interesting, when considering biosensing applications. They are able to detect, sometimes at extremely low concentrations, volatile organic compounds present in the air. This ability to detect compounds within a gaseous phase presents opportunities for the fields of non-invasive diagnostic, and environmental analysis.Difficulties with the heterologous expression of olfactory receptors were encountered, and so efforts were made to develop the technique in new directions. First attempts were made at expressing ICCRs in insect cells were carried out, and the proteins seemed to express very well. Furthermore, the characterisation of a chimeric receptor, based on the fusion of two GPCRs was attempted, and this chimeric receptor was shown to be functional. This work could provide a way to easily create new ICCRs