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Med Sci (Paris). 2014 January; 30(1): 9–12.
Published online 2014 January 24. doi: 10.1051/medsci/20143001002.

Le baclofène est un modulateur allostérique du récepteur CXCR4

Alice Guyon1*

1Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (IPMC), UMR 7275 CNRS/Université Nice Sophia Antipolis, 660, route des Lucioles, ZA Sophia Antipolis, 06560Valbonne, France
Corresponding author.

MeSH keywords: Régulation allostérique, effets des médicaments et des substances chimiques, Animaux, Baclofène, métabolisme, pharmacologie, Lignée cellulaire tumorale, Chimiokine CXCL12, Chimiotaxie, Agonistes du recepteur GABA-B, Humains, Tumeurs, anatomopathologie, Liaison aux protéines, Récepteurs CXCR4, composition chimique, Xenopus

 

Le baclofène, commercialisé à l’origine sous le nom de Liorésal®, est un dérivé aromatique halogéné de l’acide gamma-aminobutyrique (GABA). C’est un myorelaxant inhibant les réflexes mono- et polysynaptiques au niveau de la moelle épinière, dont l’effet se concentre sur les muscles squelettiques [ 1]. Le baclofène a beaucoup fait parler de lui récemment car sa prescription vient d’être élargie en France à une utilisation dans le sevrage alcoolique [ 2, 3]. On attribue ses effets à son action agoniste de certains récepteurs au GABA, les récepteurs GABAB, qui sont des récepteurs couplés aux protéines G largement exprimés dans le système nerveux [ 4, 5].

Plusieurs observations nous ont conduits à penser que l’action du baclofène sur son récepteur GABAB ne suffisait pas à expliquer tous ses effets.

En effet, nous montrons dans un article paru récemment dans The Journal of Neuroscience [ 6] que, outre son action bien connue sur les récepteurs GABAB, le baclofène agit également de manière allostérique en bloquant un autre récepteur transmembranaire couplé aux protéines G, le récepteur CXCR4 de la chimiokine CXCL12/SDF1α (stromal cell-derived factor).

Le baclofène modifie les réponses du récepteur CXCR4

Les chimiokines sont des substances chimioattractantes qui jouent un rôle important dans le système immunitaire et dans le cancer, mais exercent aussi leurs actions dans le système nerveux [ 7, 8]. Parmi les chimiokines, CXCL12/SDF1α a beaucoup attiré l’attention notamment parce que l’un de ses deux récepteurs, le CXCR4, est également un des corécepteurs du VIH, le virus de l’immunodéficience humaine [ 9].

Une étude [ 10] avait montré que des agonistes et des antagonistes du récepteur GABAB peuvent empêcher les effets chimioattractants du SDF1α sur des cellules cancéreuses exprimant spontanément le récepteur CXCR4, ce que nous avons confirmé [6] (Figure 1). De même, nous avons observé fortuitement qu’un antagoniste des récepteurs GABAB, le CGP 55845A, inhibe complètement les actions de la chimiokine sur les courants calciques membranaires de certains neurones du cerveau, effets connus pour être dus à la stimulation du CXCR4 [ 11].

Nous avons d’abord pensé que les récepteurs GABAB et CXCR4 pouvaient interagir dans la membrane des cellules : en effet, on sait que CXCR4 peut former des hétérodimères avec d’autres récepteurs couplés aux protéines G [ 12, 13]. Toutefois, en collaboration avec une équipe américaine1 nous avons fait exprimer à la membrane d’ovocytes de xénope les deux récepteurs marqués, l’un par un composé fluorescent émettant dans le rouge, l’autre par un composé fluorescent émettant dans le vert ; une analyse par microscopie TIRF (total internal reflexion fluorescence) nous a permis de constater que les deux types de récepteurs ne sont pas colocalisés dans la membrane.

Toujours dans ce système, nous avons ensuite fait exprimer à la membrane le CXCR4 avec un canal ionique rapporteur, le canal potassique activé par les protéines G appelé GIRK (G-protein activated inward rectifier K+ channel) (Figure 2). Quand le CXCR4 est activé par son ligand CXCL12/SDF1α, l’activation du récepteur ouvre le canal GIRK, ce qui se traduit par un courant mesurable à la membrane par des techniques d’électrophysiologie (Figure 2A). Nous avons caractérisé l’interaction des agonistes/antagonistes des récepteurs GABAB avec le CXCR4 et montré que ces substances modifient l’effet du SDF1α sur son récepteur par une action allostérique. De manière intéressante, dans les ovocytes de xénope, les substances agonistes/antagonistes des récepteurs GABAB se comportent comme des agonistes du CXCR4 (Figure 2B). Ce résultat contredit nos observations initiales d’un blocage de CXCR4 par ces substances. À l’aide de la technique TIRF, nous avons montré que les récepteurs CXCR4 ne forment pas de dimères lorsqu’ils sont exprimés à la membrane des ovocytes de xénope, contrairement à ce qui est décrit dans les cellules de mammifères [ 14, 15]. Nous avons alors utilisé un autre système cellulaire, les cellules HEK, et exprimé les récepteurs CXCR4 à la membrane de ces cellules humaines. Dans ces conditions, les agonistes/antagonistes des récepteurs GABAB se comportent effectivement comme des bloqueurs allostériques du récepteur.

Le baclofène se lie directement au CXCR4

En collaboration avec une autre équipe américaine2, nous avons pu confirmer l’existence d’une interaction directe entre ces agonistes/antagonistes des récepteurs GABAB et le CXCR4 en exprimant ce récepteur dans des bicouches lipidiques et en utilisant la technique d’interférométrie par diffusion rétrograde de la lumière (back scattering interferometry ou BSI), qui permet de quantifier les interactions entre deux molécules – et donc la liaison d’un ligand à son récepteur (Figure 3) [ 16]. Son principe (Figure 3A, B) consiste à éclairer avec un rayon laser un canal rempli d’un petit volume de liquide contenant des membranes en suspension exprimant le récepteur d’intérêt. À l’aide d’une caméra, on mesure les changements de position des franges d’interférence qui varient de manière prédictive en fonction des événements de liaison. Lorsque le ligand se fixe sur son récepteur, l’indice de réfraction varie en fonction de la concentration de ligand, et la courbe obtenue permet de mesurer une constante de dissociation (KD). Nous avons d’abord contrôlé que le KD du CXCL12 pour son récepteur était conforme à celui attendu et qu’un neurotransmetteur contrôle ne se liant pas au récepteur - la dopamine - n’induisait pas de changement de phase (Figure 3C). Nous avons ensuite pu montrer que le baclofène (Figure 3D) se lie au CXCR4 avec une affinité similaire à son affinité pour le récepteur GABAB. Il en a été de même pour le GABA lui-même et deux antagonistes connus des récepteurs GABAB [6]. Le site d’action précis sur la molécule reste à déterminer et des études en cristallographie sont en cours, mais nous avons pu montrer par la technique de FRET (fluorescence resonance energy transfer) [6] qu’il s’agit d’un site relativement distant du site de liaison de la chimiokine sur son récepteur.

En conclusion

Nous montrons que le baclofène, outre ses effets bien connus sur les récepteurs GABAB, exerce aussi un effet allostérique sur les récepteurs CXCR4 qui pourrait participer à ses mécanismes d’action. Dans la mesure où certains neurones expriment CXCR4 au niveau de synapses GABAergiques, ce travail ouvre de nouvelles perspectives sur l’implication des effets antagonistes du baclofène et du GABA lui-même sur le CXCR4 au niveau du système nerveux. Cette étude ouvre également de nouvelles perspectives thérapeutiques dans le traitement de certains cancers ; elle incite à rester vigilant sur les effets putatifs du baclofène sur le système immunitaire des patients traités, en particulier ceux atteints de cancer ou d’infection par le VIH.

Liens d’intérêt

L'auteur déclare n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.

 
Acknowledgments

L'auteur remercie Franck Aguila pour ses conseils artistiques sur les figures, Thomas Lorivel et Joëlle Chabry pour leur relecture attentive, Audrey Recouly, Fabienne Chevallier et Florence Servent de la Société CISBIO Bioassays, Codolet, France pour les expériences en FRET utilisant la technologie Tag-lite et Richard Miller (Chicago) pour nous avoir fourni le clone de CXCR4.

 
Footnotes
1 Le laboratoire de Ehud Isacoff, Department of Molecular and Cellular Biology and Helen Wills Neuroscience Institute, University of California, Berkeley, Berkeley, CA 94720, États-Unis.
2 Le laboratoire de Darryl Bornop, Vanderbilt University/Department of Chemistry, 7300 Stevenson Center, Nashville, Tennessee 37235-1822, États-Unis.
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