Seconds messagers

Les seconds messagers sont des molécules dont le rôle est d’amplifier ou de taire le signal reçu sur la surface de la cellule. Par exemple, au niveau des cellules de Leydig MA-10, il est reconnu que bien que le récepteur de la LH soit exprimé à de faibles niveaux, les cellules sont tout de même capables de produire une réponse maximale à la LH (145). Ils sont donc des acteurs particulièrement importants du maintien de l’homéostasie et de l’intégration des nombreux signaux simultanés auxquels sont exposées les cellules.

1.2.5.1. L’adénosine monophosphate cyclique (AMPc)

L’AMPc est le premier second messager à avoir été identifié. En 1945, Earl Sutherland et son équipe s’intéressaient au mécanisme hormonal de la dégradation du glycogène dans le foie. Cet effort a culminé par l’identification en 1971 de l’AMP cyclique, une molécule connue pour être produite dans une vaste gamme de types cellulaires en réponse à un stimulus et dont la caractérisation est vue par plusieurs comme étant le coup d’envoi de l’étude de la signalisation intracellulaire (146).

Le niveau d’AMPc dans les cellules est finement régulé par les rôles antagonistes de l’adénylate cyclase (AC), qui synthétise l’AMPc, et la phosphodiestérase (PE) qui le dégrade.

Il existe actuellement au moins 10 isoformes connues chez les mammifères pour l’adénylate cyclase (147) ainsi que 11 familles de PDE, comprenant toutes diverses isoformes et variants d’épissage (148).

Dans les cellules de Leydig de rat, plusieurs isoformes d’AC sont exprimées en ARN messager : AC3, AC5, AC6, AC7, AC9 et AC10. De ces dernières, au moins AC5, AC6, AC9 et AC10 sont aussi détectables en immunobuvardage (149). Cette mention retient son importance de la variété des effets que chacune des classes d’AC peut avoir, ainsi que le type de rétroaction qui peut survenir et modifier le phénotype des cellules de Leydig de façon temporellement dynamique. À cet effet, un tableau récapitulatif adapté d’une revue extensive des ACs publiée par Hanoune et Defer en 2001 (147) a été adapté et est présenté ci-dessous (Tableau 1.1).

Tableau 1.1. Propriétés régulatrices des adénylates cyclases des mammifères (147)

Réponse aux messagers de la voie de signalisation de l’AMPca

Isoforme Gαs Gαi Gβγ FSK Calcium Protéines _kinases

AC1

↑ ↓ (Activité facilitée par la _{CAM- ou FSK-)} ↓ ↑ ↑ (CAM) _{↓ (CAMKIV)} ↑ PKC (faible) _{↓ (CAMKIV)} AC2

↑ → ↑ _{stimulée par Gαs)} (lorsque ↑ ↑ (PKC)

AC3

↑ ↓ ↑ ↑ (CAM) (in vitro)

↓ (CAMKII) ↑ (PKC) (faible) ↓ (CAMKII) AC4 ↑ ↑ ↑ ↑ (PKC) AC5 _{↑ ↓ ↓ (β1γ2) ↑ ↓ (<1 μM)} ↓ (PKA) ↑ (PKCα/ζ) AC6 ↑ ↓ ↓ (β1γ2) ↑ ↓ (<1 μM) ↓ (PKA, PKC) AC7 ↑ ↑ ↑ ↑ (PKC)

AC8 _{↑ ↓ (augmentation Ca2+) ↑ ↑ (CAM) → (PKC)}

AC9 ↑ ↓ ↑ _(faible) ↓ _{(calcineurin)}

AC10 → → →

a_{↑, Réponse régulatoire positive; ↓, Réponse régulatoire négative; →, Réponse neutre. Il existe actuellement au moins} 10 isoformes connues chez les mammifères pour l’adénylate cyclase, dont le rôle et l’activité peuvent différer selon le tissu et différents effecteurs. Dans les cellules de Leydig, AC3, AC5, AC6, AC7, AC9 et AC10 sont exprimées en ARN messager. De ces dernières, au moins AC5, AC6, AC9 et AC10 sont aussi détectables en immunobuvardage (148).

Dans les cellules de Leydig de rongeurs, au moins 5 PDE distinctes sont exprimées : PDE4B, PDE4C, PDE5, PDE8A et PDE8B. Elles sont toutes impliquées dans la production basale et stimulée d’androgènes (128, 148). En effet, leur inhibition dans les cellules de Leydig MA-10 a démontré une action synergique sur la stéroïdogenèse suggérant un effet indirect via d’autres acteurs (148). Une piste prometteuse pour expliquer cet effet serait que cette inhibition empêche l’activation de la kinase dépendante de l’AMP (AMPK), dont l’activité est normalement régulée par la haute concentration en AMP, produit de dégradation de l’AMPc, résultant de l’activité des PDE suite à une stimulation par la LH (150).

Les trois principales cibles de l’AMPc ont été identifiées comme étant la protéine kinase A (PKA), le facteur d’échange du GTP (EPAC) ainsi que les canaux à ions AMPc dépendants (151).

Dans le cadre des cellules de Leydig, la PKA est particulièrement importante pour la stéroïdogenèse, notamment pour l’expression du gène Star (152). Son effet sur l’expression du récepteur nucléaire Nr4a1 a aussi été démontré quoique l’expression de ce dernier nécessite aussi la présence de calcium et l’activation de la CAMKI (129, 153, 154). Tel que mentionné précédemment, les protéines de la famille EPAC ne semblent pas avoir d’effet sur l’expression de Star ni de Nr4a1 (données non publiées, Luc J. Martin).

1.2.5.2. L’inositol triphosphate (IP3) et le diacylglycérol (DAG)

L’IP3 et le DAG sont deux seconds messagers relâchés suite à l’hydrolyse du PIP2 par la phospholipase C (PLC), une protéine activée par certaines protéines G et certains RTK. Dans les cellules de Leydig, des évidences parfois contradictoires quant à l’importance de ces facteurs ont été rapportées, mettant en évidence la subtilité de leur mécanisme de signalisation. Pour ce qui est de l’activation de la PLC, il a été suggéré qu’elle puisse être activée directement par la LH.

L’IP3 est un second messager dont le rôle principal est relié à la signalisation par le calcium, en particulier du fait qu’il est le seul inositol possédant un récepteur (IP3R) lié à un canal calcique, souvent associé au réticulum endoplasmique (155). La fonction de ce récepteur est régulée à la fois via la phosphorylation par CAMKII et par l’EPAC, suggérant ce récepteur comme un point clé de communication croisée entre diverses voies de signalisation (155). Il a d’ailleurs été rapporté que dans le tissu ovarien, en réponse à une stimulation par la LH, la quantité d’IP3 était augmentée et pourrait être responsable de la libération de calcium dans ce modèle (156). Dans les cellules de Leydig, d’autres évidences ont montré que bien que la voie de l’IP3 est active, elle ne serait pas stimulée suite à l’activation du LHR (132). Plus récemment, divers auteurs ont entretenu l’idée

d’un rôle indirect de l’IP3 dans la stéroïdogenèse et l’expression du gène codant pour le récepteur nucléaire NR4A1/NUR77 dans une dynamique de signalisation croisée (crosstalk) (157, 158).

Le DAG, quant à lui, est une molécule liée à la membrane cellulaire dont le rôle est intimement lié à celui de la PKC.

1.2.5.3. Le calcium et les calcium/calmodulines kinases

Le calcium est une molécule importante dans la signalisation moléculaire. En effet, une grande partie de l’énergie des cellules est consacrée au mouvement, dans divers compartiments, du calcium. Ce dernier a des propriétés physicochimiques qui nécessitent un contrôle serré de sa présence dans le cytosol. Par exemple le calcium peut causer la précipitation du phosphate, ce qui peut nécessairement poser problème dans l’environnement aqueux du cytosol. Ainsi, l’une des théories expliquant le nombre élevé de molécules pouvant lier le calcium dans les cellules stipule que cette stratégie fait partie du besoin primordial de contrôler la concentration de calcium dans le cytosol. Éventuellement, cette capacité aurait été modulée afin de devenir un outil de signalisation intracellulaire. Au niveau fonctionnel, les protéines peuvent interagir avec le calcium sur une vaste gamme de concentration, du nanomolaire au milimolaire.

Les cellules utilisent trois systèmes afin de contrôler le devenir du calcium. Le premier est celui des pompes ATPases, qui vont permettre le stockage d’une grande quantité de calcium dans le réticulum endoplasmique (via les pompes ATPases à calcium sarcoendoplasmiques réticulaires ou pompes SERCA) ou son exclusion des cellules en le pompant dans l’espace inter-membranaire (via les pompes ATPases à calcium membranaires ou pompes PMCA). Le second est celui des pompes à échange Na+_/Ca2+ _{ou Na}+_/Ca2+_-K+ _qui vont échanger un atome de calcium pour trois atomes de sodium ou quatre atomes de sodium en échange d’un de calcium et un de potassium. Ces trois types de pompes vont agir avec différentes affinités et capacités afin de répondre de façon complémentaire au maintien d’une basse concentration cytoplasmique de calcium ou encore à reprise rapide du contrôle lors d’une brusque libération de calcium dans le cytosol. Il en résulte un double effet de gradient de concentration ainsi que de gradient électrique.

En général, les protéines vont interagir avec le calcium via les doublets d’électrons libres de l’oxygène contenu dans des groupements carboxyles et carbonyles. Dans les cellules de Leydig, la cible du carbone qui est particulièrement impliquée dans la stéroïdogenèse et la régulation de l’expression de Nr4a1 est la CAMK. Cette dernière possède 4 motifs EF, eux-mêmes constitués de motifs hélice-tour-hélice. Ce motif contient

plusieurs groupements oxygènes, qui vont stabiliser les charges positives du calcium. C’est la liaison du carbone aux quatre domaines EF de la CAMK qui va lever l’autoinhibition des domaines catalytiques et permettre la phosphorylation de facteurs en aval. Le rôle des CAMK est donc d’agir comme senseur pour la présence de calcium dans le cytosol et de faire le lien vers d’autres effecteurs.