The AT₁ receptor has mainly been associated with the pathological effects of the renin-angiotensin system (RAS) (e.g., hypertension, heart and kidney diseases), and constitutes a major therapeutic target. In contrast, the AT₂ receptor is presented as the protective arm of this RAS, and its targeting via specific agonists is mainly used to counteract the effects of the AT₁ receptor. The discovery of a local RAS has highlighted the importance of the balance between AT₁/AT₂ receptors at the tissue level. Disruption of this balance is suggested to be detrimental. The fine tuning of this balance is not limited to the regulation of the level of expression of these two receptors. Other mechanisms still largely unexplored, such as S-nitrosation of the AT₁ receptor, homo- and heterodimerization, and the use of AT₁ receptor-biased agonists, may significantly contribute to and/or interfere with the settings of this AT₁/AT₂ equilibrium. This review will detail, through several examples (the brain, wound healing, and the cellular cycle), the importance of the functional balance between AT₁ and AT₂ receptors, and how new molecular pharmacological approaches may act on its regulation to open up new therapeutic perspectives.

The physiological and pathophysiological relevance of the angiotensin II type 1 (AT₁) G protein-coupled receptor no longer needs to be proven in the cardiovascular system. The renin–angiotensin system and the AT₁ receptor are the targets of several classes of therapeutics (such as angiotensin converting enzyme inhibitors or angiotensin receptor blockers, ARBs) used as first-line treatments in cardiovascular diseases. The importance of AT₁ in the regulation of the cerebrovascular system is also acknowledged. However, despite numerous beneficial effects in preclinical experiments, ARBs do not induce satisfactory curative results in clinical stroke studies. A better understanding of AT₁ signaling and the development of biased AT₁ agonists, able to selectively activate the β-arrestin transduction pathway rather than the G_q pathway, have led to new therapeutic strategies to target detrimental effects of AT₁ activation. In this paper, we review the involvement of AT₁ in cerebrovascular diseases as well as recent advances in the understanding of its molecular dynamics and biased or non-biased signaling. We also describe why these alternative signaling pathways induced by β-arrestin biased AT₁ agonists could be considered as new therapeutic avenues for cerebrovascular diseases.

Le système rénine-angiotensine (SRA) est un système hormonal impliqué dans de nombreux processus physiologiques, tels que le contrôle de la pression artérielle et l’homéostasie vasculaire. L’Angiotensine II (Ang II) est le principal effecteur du SRA et se lie avec une affinité similaire à deux récepteurs : les récepteurs à l’Ang II de type 1 (AT1) et de type 2 (AT2), tous deux appartenant à la famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Dans la plupart des situations physiopathologiques, l’activation d’AT1, qui stimule la voie de signalisation Gq, est prédominante et délétère. Elle s’oppose aux effets bénéfiques induits par AT2. Le développement d’agonistes AT1 biaisés, comme le TRV027, capables d’activer sélectivement la voie de signalisation β-arrestine plutôt que la voie Gq, apparait prometteur et pourrait conduire à de nouvelles stratégies thérapeutiques par rapport aux thérapies actuelles basées sur des antagonistes de AT1 tel que le losartan.L’objectif de l’équipe de recherche est d’explorer cette voie potentiellement bénéfique de la β-arrestine dans un contexte physiologique et physiopathologique cérébrovasculaire, comme lors d'un Accident Vasculaire Cérébral. L'activation de la β-arrestine peut être surveillée en suivant l'internalisation du récepteur AT1 consécutive à son activation, mais les outils nécessaires pour suivre et tracer AT1 exprimé de manière endogène, en particulier au niveau tissulaire, manquent notoirement de spécificité.Les travaux expérimentaux présentés dans cette thèse se concentrent sur la caractérisation pharmacologique de nouveaux ligands fluorescents développés dans l’optique d’étudier les voies de signalisation AT1 dans des modèles cérébrovasculaires. En utilisant des modèles cellulaires HEK 293 surexprimant les récepteurs AT1 ou AT2 fusionnés à des protéines fluorescentes ou luminescentes, nous avons caractérisé la pharmacologie et la sélectivité de ces nouveaux ligands. L’activité agoniste sur les récepteurs AT1 est déterminée en détectant la mobilisation du calcium intracellulaire induite par l’activation de la voie de signalisation Gq. Le recrutement des protéines G hétérotrimériques et des β-arrestines est évalué à l’aide de tests de transfert d’énergie par résonance bioluminescente (NanoBRET). Les cinétiques d’internalisation sont suivies par NanoBRET et par imagerie afin de visualiser la distribution subcellulaire des ligands fluorescents et leur colocalisation avec les récepteurs cibles. Les ligands fluorescents sont également caractérisés ex vivo sur des artères cérébrales moyennes isolées de rat.Des dérivés fluorescents de l’Ang II, de TRV027 et du losartan ont été étudiés. Pour la première fois, un ligand fluorescent sélectif des récepteurs AT1 et un ligand fluorescent sélectif des récepteurs AT2 ont été caractérisés. Les ligands fluorescents caractérisés pourront être utilisés pour suivre les récepteurs AT1 et/ou AT2 et pour déterminer, par exemple, les mécanismes impliqués dans l’abolition de l’activité vasoconstrictrice de AT1 suite aux traitements par des donneurs de monoxyde d’azote

GPCR oligomerization has been reported for decades, yet its extent and functional relevance in living cells remain unresolved because existing approaches, often done in bulk, are poorly account for local receptor density, a major determinant of intermolecular interactions. Here, we establish a generic quantitative imaging framework that links spatially resolved FRET measurements describing protein oligomerization to local membrane protein in living cells. Using automated high-throughput analysis of fluorescence images, the method generates large density-resolved datasets that enable direct quantification of receptor oligomerization parameters, including apparent affinity, oligomerization state, and monomer/dimer populations at the submicrometer scale. Applied to class A GPCRs in HEK293 cells, the approach reveals receptor-specific density-dependent equilibria between monomers and dimers over physiologically relevant expression ranges, with no evidence for stable higher-order oligomers under basal conditions. The receptors studied exhibit distinct apparent affinities for dimerization, ranging from predominantly monomeric to dynamic monomer–dimer equilibria, indicating that local membrane density strongly influences receptor organization and that it is receptor dependent. The agreement between our measurements and low-density single-molecule studies further suggests that previously reported higher-order oligomers may partly reflect density-driven receptor proximity effects. By bridging single-molecule and ensemble measurements within a unified quantitative framework, this work reconciles conflicting observations in the GPCR oligomerization literature and provides a broadly applicable strategy for investigating membrane protein organization in living cells. Significance: GPCR oligomerization in living cells is strongly influenced by the local protein density, yet most approaches do not quantitatively account for this parameter. Here, we introduce a quantitative high-throughput imaging framework that directly relates membrane protein local density to local oligomerization state in living cells. Applied to distinct GPCRs over physiologically relevant density ranges, the method reveals distinct density-dependent monomer–dimer equilibrium and apparent affinities for self-association. These results help reconcile longstanding discrepancies, where distinct oligomerization states have been measured depending on experimental conditions. More broadly, this work establishes local membrane protein density as a key determinant of membrane protein organization, and provides a quantitative framework applicable to membrane protein complexes in their native cellular context.