Baclofen and Other GABAB Receptor Agents Are Allosteric Modulators of the CXCL12 Chemokine Receptor CXCR4

Abstract

CXCR4, a receptor for the chemokine CXCL12 (stromal-cell derived factor-1␣), is a G-protein-coupled receptor (GPCR), expressed in the immune and CNS and integrally involved in various neurological disorders. The GABA B receptor is also a GPCR that mediates metabotropic action of the inhibitory neurotransmitter GABA and is located on neurons and immune cells as well. Using diverse approaches, we report novel interaction between GABA B receptor agents and CXCR4 and demonstrate allosteric binding of these agents to CXCR4. First, both GABA B antagonistsandagonistsblockCXCL12-elicitedchemotaxisinhumanbreastcancercells.Second,aGABA B antagonistblocksthepotentiationby CXCL12 of high-threshold Ca 2ϩ channels in rat neurons. Third, electrophysiology in Xenopus oocytes and human embryonic kidney cell line 293 cells in which we coexpressed rat CXCR4 and the G-protein inward rectifier K ϩ (GIRK) channel showed that GABA B antagonist and agonist modified CXCL12-evoked activation of GIRK channels. To investigate whether GABA B ligands bind to CXCR4, we expressed this receptor in heterologous systems lacking GABA B receptors and performed competition binding experiments. Our fluorescent resonance energy transfer experiments suggest that GABA B ligands do not bind CXCR4 at the CXCL12 binding pocket suggesting allosteric modulation, in accordance with our electrophysiology experiments. Finally, using backscattering interferometry and lipoparticles containing only the CXCR4 receptor, we quantified the binding affinity for the GABA B ligands, confirming a direct interaction with the CXCR4 receptor. The effect of GABAergic agents on CXCR4 suggests new therapeutic potentials for neurological and immune diseases.

Reelin and CXCL12 regulate distinct migratory behaviors during the development of the dopaminergic system

“…As CXCL12 is the only known ligand for CXCR4, it is surprising that the Cxcr4 and Cxcl12 KOs have distinct phenotypes. CXCL12-independent functions of CXCR4 have not been demonstrated, but it has been recently shown that the neurotransmitter GABA directly binds CXCR4 and can act as an allosteric modulator (Guyon et al, 2013). Whether GABA or other potential modulators could influence CXCR4 function in the absence of CXCL12 in the ventral midbrain remains to be explored.…”

Le baclofène est un modulateur allostérique du récepteur CXCR4

“…Parmi les chimiokines, CXCL12/ SDF1 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 récep-teur GABA B peuvent empêcher les effets chimioattractants du SDF1 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 GABA B , 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].…”

“…KAP1, également connu sous les noms de TRIM28 (protéine à motif tripartite 28), TIF1 (facteur de transcription intermé-diaire 1), ou Krip-1 (KRAB-interacting protein 1), agit ensuite comme une plate-forme pour un complexe multimoléculaire qui réprime la transcription par l'induction d'hétérochromatine [3,4]. Le système KRAB/KAP1 a probablement d'abord évolué pour minimiser les perturbations du génome induites par l'invasion des rétroéléments [5], mais des données récentes indiquent qu'il contrôle également de multiples aspects de la physiologie des mammifères [6,7].…”

“…En effet, nous montrons dans un article paru récemment dans The Journal of Neuroscience [6] que, outre son action bien connue sur les récepteurs GABA B , le baclofène agit également de manière allostérique en bloquant un autre récep-teur transmembranaire couplé aux protéines G, le récepteur CXCR4 de la chimiokine CXCL12/SDF1(stromal cell-derived factor)…”

“…Nous avons ensuite pu montrer que le baclofène ( Figure 3D) se lie au CXCR4 avec une affinité similaire à son affinité pour le récepteur GABA B. Il en a été de même pour le GABA lui-même et deux antagonistes connus des récepteurs GABA B [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. (Figure 3) [16].…”