Communication Intercellulaire
Transmission Chimique Des Informations
Introduction
A – Nécessité de la communication intercellulaire chez les pluricellulaires
La communication intercellulaire est très importante, c'est l'une des caractéristiques des organismes pluricellulaires. Les organismes pluricellulaires ont besoin de communiquer avec l'extérieur.
Il y a environ 200 types cellulaires dans l'organisme, et chacune d'entre elles développe un système de communication spécifique. Par réception/émission du signal.
Le mode d'action reste cependant uniformisé : réception du signal, intégration et transmission de cette information à l'intérieur de la cellule.
Métazoaires = organismes pluricellulaires nécessitent la coopération intercellulaire.
B – Importance en pathologie et en thérapeutique
Il est nécessaire de comprendre la communication cellulaire en pathologie et en
thérapeutique. La communication cellulaire est nécessaire pour être en bonne santé ; en cas de pathologie des défauts de communication peuvent engendrer des cancers par exemple.
Le cancer est un problème du génome, mais c'est à l'origine un problème de la communication intercellulaire.
Une cellule cancéreuse perd la communication avec les autres cellules qui l'entourent, et perd certaines réponses au dialogue intercellulaire, telles que la réponse à l’inhibition de contact induite par les CAM. Elle vit de façon autonome, et ne répond plus aux signaux extérieurs d'alerte. Elle échappe ainsi à la mort provoquée par apoptose et prolifère anarchiquement.
Par exemple, les cadhérines assurent l'adhérence entre les cellules (notamment les cellules épithéliales). Si on les bloque avec un anticorps, elles perdent l'inhibition de contact et se multiplient anarchiquement. C’est donc une anomalie de communication intercellulaire.
C – Les trois modalités principales de la communication intercellulaire
La communication intercellulaire repose sur 3 modalités principales : - Adhérence,
- Jonctions communicantes,
- Signaux chimiques, dont nous allons parler aujourd’hui.
1. Adhérence
Ch2 – Fig 9 : La transduction mécano-chimique déclenchée par la mise en jeu des molécules d'adhérence CAM ou SAM
Il y a communication entre deux cellules qui entrent en contact par des CAM. Un signal extracellulaire peut être transmis par les CAM et les SAM vers le cytosol (kinases, G monomérique…) ou vers le noyau par l’activation de FRT, qui constitue une réponse plus tardive.
Une cellule interagit avec des CAM d’une autre cellule, ce qui leur permet d’y adhérer. Une fois l’adhérence établie, un message (par la mécanotransduction) peut être transmis.
2. Jonctions communicantes
Certains signaux d'informations (IP3, Ca++..) sont capables de passer d'une cellule à l'autre par des jonctions communicantes.
Si l'on augmente le calcium d'une cellule, on stimule un astrocyte en culture et on voit en quelques secondes qu’il y a une augmentation dans les cellules voisines.
Ces jonctions sont formées par des connexons avec 6 connexines, qui ont la capacité de s’ouvrir et de se fermer. Il y passage d’une cellule à l’autre, dans les 2 sens. Les jonctions sont régulées ; il y a des contraintes concernant le passage au travers de celles-ci (comme le PM). ➔ Ch2 – Fig 21 : Perméabilité des jonctions communicantes
D – Les 4 stratégies de la communication intercellulaire
Ch11 – Fig 1 : Les 4 modes de communication intercellulaire par signaux chimiques extracellulaires
Les 4 stratégies de la communication par signaux chimiques diffèrent en fonction de la distance qui sépare la cellule émettrice du signal de la cellule cible.
✓ mode endocrine, pour la plus longue distance entre la cellule émettrice (ici sécrétrice) et la cellule cible
une hormone est sécrétée, est véhiculée dans la circulation sanguine et arrive à la cellule cible
exemple de l'érythropoïétine, qui est véhiculée jusqu'à la moelle osseuse, dans les os
✓ mode paracrine, pour une distance courte, lorsque la cellule émettrice est proche des cellules cibles par un médiateur chimique local
Interleukine 2 dans les cellules de l'immunité
EGF (cancer du poumon ou du colon) ; physiologiquement produit par les cellules épithéliales et se fixe sur les récepteurs à activité tyrosine-kinase. Il est impliqué dans beaucoup de phénomènes physiologiques mais aussi en
pathologie (cancers notamment).
✓ mode autocrine, proche du mode paracrine mais pour des distances encore plus courtes puisque la cellule émettrice est la même que la cellule cible grâce à des récepteurs présents sur sa membrane plasmique (la cellule sécrète et reçoit).
les Lymphocytes T produisent un signal, l’Interleukine 2 qui va se fixer sur un récepteur du LT, ils vont alors se multiplier (lors d’une agression virale ou bactérienne, l’organisme a besoin de plus de cellules de l’immunité)
✓ mode synaptique pour une distance extrêmement courte, la cellule émettrice est en contact avec la cellule cible, elles sont uniquement séparées par une fente
synaptique très fine. C’est une communication très rapide.
Neurones libérant des neurotransmetteurs exocytés sous l’effet d’un stimulus : augmentation de Ca++
Dans le cas du cancer, des cellules tumorales peuvent sécréter de manière paracrine des facteurs de croissance, les EGF. Ceux-ci induisent la prolifération constitutive des cellules tumorales ils sont donc a la base de la maladie.
Ch11 – Fig 2 : Comparaison entre communication synaptique et par voie endocrine
Dans la communication par voie endocrine, le message a une longue distance à parcourir à travers la circulation sanguine. Arrivés à la cellule cible les signaux sont différents de ceux de départ. Les hormones sont déversées dans la circulation sanguine ; le signal se retrouve donc dispersé.
La communication endocrine se fait par l'intermédiaire d'une hormone, (premier messager) libérée dans la circulation générale, qui agit à distance sur la cellule cible qui possède le récepteur de l'hormone. Un délai est nécessaire à la réponse.
Les différents messages sont donc dispersés et dilué dans la circulation sanguine.
L'érythropoïétine est une hormone, qui suit donc la voie endocrine :
- produite par les cellules épithéliales du rein, - véhiculée par la circulation sanguine,
- dirigée vers la moelle osseuse (à l’origine de toutes les cellules sanguines), qui se trouve dans l'os, où elle active la différenciation en GR.
Celles ci vont alors jouer leur rôle de transporteurs d’O2. Elle est administrée aux patients ayant un déficit en GR.
Des patients ayant une insuffisance rénale ont ainsi un déficit en GR, puisque l'altération des cellules émettrices empêche la fabrication d'EPO.
Les cyclistes l’utilisent pour produire encore plus de GR en tant que dopage.
Dans le cas d'un signal faisant un court trajet avec une communication synaptique, il n'y a pas de dispersion du signal car les cellules sont très proches, la concentration du messager n'est quasiment pas changée.
La communication se fait par l'intermédiaire d'un neurotransmetteur (premier messager) libéré dans la fente synaptique, sans dispersion de signal.
I/ Communication Intercellulaire par l'intermédiaire de signaux chimiques
Il y a 3 types de signaux : - gazeux
- hydrosolubles - liposolubles
Ch11 – Fig 3 : Les 3 types de signaux chimiques A – Signaux gazeux
Les signaux chimiques gazeux sont des radicaux libres toxiques pour la cellule à forte concentration.
Ils ont une durée de vie très courte, la cellule émettrice doit donc être proche de la cellule cible.
Le signal chimique gazeux va traverser la membrane plasmique par diffusion simple, il n’y pas de récepteurs membranaires ou nucléaires.
Ils agissent directement sur des enzymes cytosoliques.
Monoxyde d'azote NO vont activer des kinases.
Monoxyde de carbone CO.
B – Signaux chimiques hydrosolubles
Les signaux hydrosolubles correspondent à des molécules qui ne diffusent pas dans la membrane plasmique. (Exemple : érythropoïétine)
Ils vont donc se fixer sur des récepteurs membranaires qui, une fois le signal reçu, vont induire des modifications au niveau intracellulaire et donc des effets biologiques qui peuvent être des modifications :
- du métabolisme - du cytosquelette
- nucléaires (régulation et transcription de certains gènes).
Ces molécules présentent trois caractéristiques :
- durée de vie courte dans le sang ou l'espace extracellulaire
- réponses rapides et de courte durée (régulation active de protéines préexistantes) - réponses tardives et de plus longue durée lorsque la réponse rapide entraîne la
transcription des gènes nucléaires.
Remarque :
Les ligands peuvent être naturels (EPO) ou artificiels.
Il existe 2 catégories de ligands artificiels (d'origine biologique pour la plupart).
Les agonistes : molécules qui se fixent au même endroit que le ligand ou possèdent les mêmes effets.
L’acétylcholine est le ligand naturel qui se fixe sur le récepteur nicotinique pour induire son ouverture, cependant, il existe la nicotine, une molécule d’origine végétale qui possède le même effet que l’acétylcholine : c’est un ligand artificiel agoniste.
Les antagonistes : molécules qui vont donner l’effet inverse du ligand naturel.
L’α-bungarotoxine (venin de serpent), contrecarre l’effet de l'acétylcholine et provoque une paralysie, allant parfois jusqu’à la mort. Elle se fixe à sa place sur le récepteur.
De nombreux médicaments jouent le rôle d’antagonistes par rapport à certaines pathologies :
- anti-histaminiques en cas d'allergies qui bloquent l'effet de l'histamine
- β-bloquants qui sont des récepteurs antagonistes des récepteurs β-adrénergiques.
Ch11 – Fig 19 : Modèle tridimensionnel du récepteur de l’acétylcholine
Le récepteur nicotinique est constitué de 5 sous-unités transmembranaires qui s'agencent en canal, ou pore ionique. L'acétylcholine se fixe sur les sous-unités α.
C – Signaux liposolubles
Les signaux chimiques liposolubles ne sont pas miscibles dans l’eau, elles ont donc besoin la plupart du temps d’un transporteur sanguin.
Elles ont trois caractéristiques :
- elles traversent la membrane plasmique par diffusion simple puisque cette dernière est une bicouche lipidique, mais parfois elles utilisent des récepteurs membranaires.
- une fois que la molécule se trouve au niveau intracellulaire, il peut y avoir des effets biologiques rapides (phosphorylation) en se fixant sur des récepteurs
membranaires/cytosoliques…,
- elles peuvent également passer dans le noyau et être capables de s’associer avec un récepteur nucléaire pour se fixer à l’ADN et être à l’origine de la régulation de la transcription de gènes : événements tardifs et de longues durées.
Par exemple les hormones stéroïdes sont classiquement des molécules liposolubles.
II/ Signaux Hydrosolubles et Récepteurs Membranaires
A – Les récepteurs membranaires sont répartis schématiquement en 3 groupes
Ch11 – Fig 4 : Les 3 types de récepteurs membranaires pour des signaux chimiques hydrosolubles extracellulaires
Les 3 types de récepteurs sont :
- Récepteurs couplés aux protéines G (RCPG)
7 domaines transmembranaires : une partie extracellulaire qui peut être glycosylée et une partie intracellulaire sous forme de boucle qui baigne dans le cytosol.
capables de s’associer entre eux pour former des dimères.
• homodimère : 2 sous-unités identiques
• hétérodimère : 2 sous-unités différentes
- Les récepteurs à activité enzymatique kinase
1 domaine transmembranaire : la partie extracellulaire fixe un ligand et la partie intracellulaire contient le domaine à activité enzymatique: activité kinase qui est capable de phosphoryler un substrat
capables de s’associer entre eux pour former des dimères :
• homodimères
• hétérodimères
- Canaux ioniques ligand dépendants
4 domaines transmembranaires
capables de s’associer avec d'autres sous unités en hétéropentamère (le plus souvent)
permettent de capturer un message provenant d'une cellule émettrice.
Ch2 – Fig 26 : Les différents modes de transports transmembranaires sans mouvement de la membrane plasmique
Les canaux ionique ligand dépendant sont capables de fixer un ligand sur leur partie extra cellulaire. C’est un transport passif, avec utilisation d’une perméase: le canal ionique. C’est le cas du récepteur nicotinique : lorsque l’acétylcholine se fixe sur le canal α, les
concentrations sodiques augmentent dans la cellule.
B – Les RCPG hétérotrimériques
Ces RCPG utilisent des protéines G hétérotrimériques, qui diffèrent des protéines G monomériques.
Ch11 – Fig 5 : Schéma de transduction du signal par un récepteur couplé à un protéine G hétérotrimérique
Le RPCG a 7 domaines transmembranaires et une partie extracellulaire qui fixe un ligand et reçoit ainsi le message.
Les RCPG constituent une grande famille de récepteurs, la plus diverse du patrimoine génétique. C’est ce qui va permettre une multitude de fonctions, allant de l’odorat à la régulation du système cardio-vasculaire. Ils sont donc sensibles à une importante variété de ligands (signaux chimiques, lumineux les photos, ions, odeur).
Les sous unités α et gamma de la protéine G sont ancrées à la membrane plasmique par des acides gras alors que la sous-unité β ne l'est pas. Elles sont toutes les trois différentes et jouent le rôle de transducteur.
Un régulateur RGS permet de réguler les protéines G hétérotrimériques en bloquant leur activité. Il se trouve également au niveau de la membrane plasmique.
Une fois que le signal est passé via le ligand, qui se fixe sur le récepteur, le récepteur qui active ces protéines G, il y a la production de seconds messagers par des effecteurs primaires, comme des enzymes ou des canaux ioniques.
Les RGS sont les régulateurs des protéines G hétérotrimérique, en particulier l’activité kinase de la sous-unité α. Ils peuvent sur trouver au niveau de radeaux lipidiques qui contiennent de la cavéoline, ils peuvent être endocytés suite à la formation de cavéole et emmenés dans le cytosol.
Ces seconds messagers se trouvent dans le cytosol ou dans la transmembrane, et sont activés par cette la sous-unité α ou le complexe beta gamma de la protéine G, qui vont activer les effecteurs primaires, qui vont produire ces seconds messagers, qui vont eux- mêmes donner des effets secondaires dans la cellule.
À partir de la fixation du ligand, il y a une cascade d’activation qui abouti à des effets cytosoliques et nucléaires.
Ch2 – Fig 31 : L’endocytose par l’intermédiaire de récepteurs membranaires dans un cavéole
Les RCPG se trouvent dans les radeaux lipidiques en compagnie de cavéoline et de protéines qui sont liées à la membrane par un GPI.
Il y a une grande diversité de ligands capables d’activer des RCPG : - Hormones,
- Odeurs, - Lipides,
- acides aminés, - peptides, - lumière.
Il existe une centaine de RCPG chez l’Homme avec une diversité de protéines G trimériques qui assurent donc une diversité de fonctions. Les RCPG ont 7 domaines transmembranaires, chacun d’entre eux est formé par des hélices α.
Ch11 – Fig 6 : Un même RCPG interagit avec des protéines G différentes. Les RCPG agissent sous forme de dimère
Les RCPG sont capables de former des homo ou hétérodimères. Chacun des monomères est capable de fixer des protéines G hétérotrimériques. Ces dernières vont être différentes selon les récepteurs.
Dans le cas d'un homodimère, les protéines G hétérotrimériques fixées sont identiques pour les deux monomères.
Dans le cas d’un hétérodimère, les ligands fixés et les protéines G hétérotrimériques sont différentes. Cela va amplifier la diversité de signalisation.
Les RCPG sont capables de fixer des protéines G trimériques différentes pour un même récepteur. Cela entraîne la formation homo- ou hétérodimères.
Selon la protéine G trimérique avec laquelle il va s'associer et selon la cellule, un même RCPG peut provoquer des effets secondaires différents.
Les RCPG peuvent être impliqués dans des pathologies.
Les récepteurs de l’olfaction sont des RCPG, et sont très nombreux.
Exemple du virus du Sida :
Le VIH utilise les récepteurs RCPG comme porte d’entrée pour pénétrer une cellule et notamment les macrophages et les lymphocytes. Chacun de ces deux types de cellules est impliqué dans l’immunité. Ces deux types cellulaires ont des RCPG différents à leur surface.
Le virus va se fixer sur la partie extracellulaire de ces récepteurs avec l’aide de la CD4, qui est une cellule à domaine Ig. Cette double fixation permet la capture de ce virus et son
internalisation dans la cellule : c'est le début de l'infection et de la maladie.
Ch4 – Fig 16 : Le cycle fonctionnel d’une protéine G trimérique
Les RCPG activent les protéines G hétérotrimériques. Les RCPG vont ainsi activer la sous unité α qui est sous forme de GDP à l’état inactivé et qui des couples au GTP lorsque le récepteur est activé.
Lorsque α se couple au GTP, elle se dissocie du complexe β 𝛾.
Le RCPG assure ainsi le signal de déclenchement de cette activation.
Pour faire une analogie avec les protéines G monomériques :
- le RCPG joue ici le rôle de GEF, puisqu'il va promouvoir le chargement en GTP de la protéine,
- RGS joue le rôle de GAP, car elle active l’activité GTPasique de ces protéines G. Ces protéines qui fixent du GTP ont en effet la capacité d’hydrolyse ce GTP en GDP.
Ch4 – Fig 18 : Protéine spécifique contrôlant les fonctions des protéines G
Ch11 – Fig 7 : Les voies de signalisation des RCPG via les 4 types de sous-unités α des protéines G
Le RCPG activé est capable d’induire l’activation de protéines G hétérotrimériques. On voit que la sous unité α peut être différente. Ici il y en a 4 : i, q, s, 12.
Elles sont toutes les 4 activées en fixant du GTP, mais leurs effets sont différents sur un certain nombre d'enzymes qu'elles peuvent activer ou inhiber.
La sous-unité 𝜶 12 active une protéine G monomérique Rho par l’intermédiaire d’une RhoGEF. Ceci a pour effet d’activer les FRT, qui jouent un rôle dans le noyau, dans l'expression de gènes.
La sous unité 𝜶 q va activer des enzymes comme des phosphodiestérases, des phospholipases C, qui peuvent :
- produire des messagers secondaires, l'inositol triphosphate (IP3), le diacylglycérol (DAG),
- provoquer l'augmentation de Ca++ intracellulaire, - activer les protéines kinases C à la membrane.
Cela va induire une certaine réponse biologique.
La sous unité 𝜶 i a la capacité de faire diminuer l'activité de l'adénylcyclase et donc la concentration intracellulaire en AMPc.
La sous unité 𝜶 s augmente l'activité de l'adénylcyclase, et donc la concentration en AMPc
Selon la protéine G hétérotrimérique activée, les effets d'un même récepteur sont donc différents. Notamment, les sous-unités alpha i et s ont des effets opposés.
Certaines toxines peuvent avoir des effets opposés.
Par exemple, les toxines produites par la bactérie Bordetella à l'origine de la coqueluche ou ta toxine produite par la bactérie à l’origine du cholera vont provoquer des effets similaires mais en agissant sur deux sous unités différentes.
Au niveau du récepteur, on observe la dissociation des sous-unités alpha et beta/gamma. Le complexe beta/gamma peut agir sur des enzymes, il a donc un effet biologique. Cette dissociation provoque donc une série d'événements intracellulaires.
Ch11 – Fig 8 : Les voies de signalisation des RCPG indépendantes des protéines G trimériques
Les RCPG peuvent être phosphorylés et dès lors, ils recrutent une protéine, l’arrestine.
L'arrestine peut agir sur le noyau en modulant l’organisation de la chromatine et donc indirectement activer ou réprimer l'expression de gènes.
Les RCPG associés à l'arrestine peuvent :
- activer des enzymes ERK, qui peuvent :
donner une réponse biologique
jouer le rôle de FRT dans le noyau
être activées par des récepteurs de facteurs de croissance, par exemple des récepteurs à activité tyrosine-kinase, par l'intermédiaire de Ras
- bloquer l’activation d’un FRT, le NF-kB, qui a des effets biologiques par l'intermédiaire de réponses nucléaires.
Ch4 – Fig 9 : Rôles du protéasome : deux exemples
Le NF-kB est présent dans le cytosol sous forme d’un trimère inactif (p50, p60 et I-kB).
La phosphorylation par une kinase de I-kB entraîne sa polyubiquitinylation et sa dégradation dans le protéasome, ce qui va provoquer son activation.
Cette sous unité est celle qui retient ces 3 protéines dans le cytosol : après la dégradation de I-kB, le dimère peut se diriger vers le noyau pour effectuer son rôle de FRT.
L'arrestine peut bloquer la kinase, il n'y a alors plus de dégradation d'I-kB et donc plus de passage du NF-kB dans le noyau, donc plus d'action du FRT.
Un médicament anti-cancéreux est capable de bloquer le protéasome, et inhibe ainsi le FRT.
C – Les protéines G trimériques régulent l'activité de plusieurs effecteurs différents et sont le support de multiples voies métaboliques et de réponses physiologiques variées
Le RCPG qui utilise G αi va inhiber l'adénylcyclase, et donc diminuer la concentration
d'AMPc. La toxine pertussis produite par Bordetella, à l'origine de la coqueluche, va bloquer par ADP-ribosylation de la sous-unité G α i son interaction avec le RCPG.
Elle empêche donc cette sous-unité de passer sous la forme GTP et donc son activation.
La sous-unité α i n'étant plus active, il y a absence d'inhibition, et augmentation d'AMPc.
Les RCPG fonctionnant avec la protéine G α s induit une augmentation de l'activité de l'adénylcyclase, et donc la concentration d'AMPc.
La toxine du choléra, par ADP-ribosylation, va bloquer l'activité GTPasique de la sous-unité G alpha s, qui reste donc sous forme GTP. Il y a alors une activation continuelle de
l'adénylcyclase, et de l'AMPc est produite en permanence.
Ces 2 toxines produites par deux bactéries différentes agissent sur deux sous-unités α différentes provoquent la même augmentation de concentration d'AMPc au final.
1. La voie Gαs/Gαi, adényl-cyclase, AMP cyclique
L'augmentation d'AMPc est régulée par l'enzyme adénylcyclase, elle-même régulée par les sous-unités Gαs et Gαi.
La notion d'amplification du signal est très importante en communication intercellulaire :
le RCPG active la protéine G α s, qui active l'adénylcyclase à la membrane, qui entraîne la production d'AMPc. (activation permanente avec la toxine du choléra).
Associé à G α i, l’adénylcyclase est inhibée, ce qui diminue la production d’AMPc.
L’inhibition peut être absente avec la toxine du pertussis.
Ce AMPc, produit en grandes quantités, va activer les kinases qui sont dépendantes de l'AMPc. Chacune de ces enzymes vont à leur tour activer des enzymes qui vont être elles- mêmes phosphorylées. Chacune d'elle va activer à son tour d'autres protéines, qui vont activer de nombreux FRT en particulier CREB.
Au final chaque étape correspond à une amplification du signal, puisqu'à partir d'un seul ligand, de nombreuses molécules de FRT sont activées.
Ch10 – Fig 5 : Plusieurs régions régulatrices pour un même gène
Les FRT fixent des séquences de l'ADN qui sont des régions régulatrices capables d'activer ou de réprimer l'expression de gènes.
Il existe souvent plusieurs régions régulatrices d'un même gène. Chacun des FRT s'y fixant peut réguler de manière positive ou négative.
2. La voie Gαq active une phospholipase Cβ, qui agit sur des lipides membranaires, des phosphoinositides
Ch11 – Fig 9 : La voie d'activation protéine G, phospholipase C, phosphoinositides
Un RCPG fixe un ligand, comme l'acétylcholine. Le RCPG se fixe à une protéine hétérotrimérique Gαq couplée au GTP.
Celle-ci active, à la membrane plasmique, une enzyme, la phospholipase C.
Cette dernière clive les phospatidyl-inositides PIP2 pour produire deux messagers secondaires
✓ DAG qui diffuse dans la membrane plasmique et active une protéine kinase C, qui nécessite du Ca++ pour être totalement active à la membrane
✓ IP3 qui diffuse dans le cytosol et se fixe à ses récepteurs présents sur des organites du système endomembranaire qui sont des sites de stockage du Ca++.
Cette fixation va induire le relargage du Ca++ séquestré dans le système endomembranaire.
Il y a alors une augmentation de la concentration en Ca++ dans la cellule, ce qui a plusieurs effets :
o activation de protéine kinase C à la membrane
o association du Ca++ à la calmoduline pour former le complexe Ca++-calmoduline capable d’activer plusieurs voies en aval
activation de la NO synthase constitutive dans certains types cellulaires (neurones, cellules endothéliales), qui va produire du NO qui peut diffuser à travers la membrane et activer une cellule cible
activation de l'adénylcyclase et de la phosphodiestérase de l'AMPc, et donc l'AMPc
activation de protéines kinases Ca++- calmoduline dépendantes (phosphorylation)
De nombreuses voies métaboliques sont activées par un seul RCPG, ce qui aboutit à l'activation de nombreuses voies métaboliques dans la cellule.
Ch4 – Fig 21 : Les ions calcium dans le cytosol et leurs sites de stockage
Le Ca++ entre dans la cellule par différents canaux, et il peut être relargué par le système endomembranaire au niveau de sites de stockage.
Ch4 – Fig 22 : Quelques-uns des rôles des ions calcium
La Calmoduline couplée au calcium est capable d'activer des enzymes qui peuvent avoir des effets sur d'autres enzymes.
3. La voie transducine, phosphodiestérase du GMP cyclique
Cette voie passe par l'activation d'un RCPG, qui se trouve dans la rétine. Il y a en effet des cellules photo-réceptrices qui tapissent la rétine : les cônes et les bâtonnets.
Les bâtonnets possèdent un type particulier de cellule photo-réceptrice, qui contient ces RCPG.
Une cellule photo-réceptrice : - un noyau,
- des organites et un système endomembranaire dans son cytosol, - une partie sous forme de terminaison synaptique capable de libérer des
neurotransmetteurs, en particulier le glutamate,
- un cil particulier qui est formé de repliements de la membrane plasmique et qui contient des disques, contenant ces RCPG, appelés rhodopsine.
La rhodopsine est formée d'un RCPG classique avec 7 domaines transmembranaires, appelé l'opsine, mais ce dernier contient en son sein un chromophore, une molécule chimique capable de calibrer la lumière : le 11 Cis-rétinal.
C'est cette structure qui permet au RCPG de recevoir un photon et de le transformer en information.
En effet, le rétinal change de conformation sous l'effet de l'activation du RCPG, c'est ce qu'on appelle la photo-isomérisation du rétinal.
La rhodopsine est un donc RCPG classique dans sa structure, qui comporte des domaines transmembranaires, constitués de lipides et de glucides.
Cette cellule photo-réceptrice a une région synaptique, qui contient des disques, dans des repliements du segment externe. Ces disques comportent aussi à leur membrane des canaux ioniques GMPc dépendants qui restent ouverts en l'absence de lumière.
Ils laissent alors rentrer du sodium et du calcium dans la cellule. Cette augmentation de sodium et de calcium entraîne une polarisation de la membrane, il y a alors une augmentation de l'exocytose des vésicules contenant le neurotransmetteur.
Lorsque des photons frappent la rétine, ils activent la rhodopsine, et provoquent ainsi la photo-isomérisation du rétinal, ce qui induit une diminution de la GMPc, au niveau cytosolique, par l'activation de la protéine GαT.
Il y a alors fermeture des canaux calciques et sodiques, donc arrêt de l'exocytose.
Ch11 – Fig 10 : Les phénomènes de transduction du signal et son amplification après la réception d'un seul photon de lumière
La rhodopsine activée par le photon active la protéine Gα-transducile qui active la
phosphodiestérase. Celle-ci va dégrader la GMPc en GMP, et ainsi diminuer la concentration en GMPc intracellulaire.
Les canaux sodiques et calciques étant dépendants de la concentration en GMPc, l'entrée de ces cations diminue, et de ce fait leur concentration intracellulaire.
Le sodium et le calcium ont alors des effets :
✓ la diminution de sodium agit sur l'hyperpolarisation de la membrane du bâtonnet et sur l'arrêt de l'exocytose
✓ la diminution de calcium active une protéine, la recoverine :
qui active la rhodopsine kinase qui va phosphoryler le RCPG et le bloquer, c'est la rétro-inhibition
qui active également la GMPcyclase, qui reproduit de la GMP, donc une augmentation de GMPc, et ainsi la réouverture des canaux.
4. Les récepteurs -enzymes : plusieurs familles
➔ Récepteurs à activité tyrosine-kinase
L'activité enzymatique peut être représentée par : - une activité sérine-kinase,
- une activité tyrosine-phosphatase,
- une activité sérine-thréonine-phosphatase, - une activité tyrosine-kinase.
Ch11 – Fig 11 : Représentation schématique de trois récepteurs à activité tyrosine-kinase
Les récepteurs ont tous :
- un domaine transmembranaire, - un domaine extracellulaire glycosylé,
- un domaine cytosolique qui porte l'activité tyrosine-kinase intrinsèque.
Ces récepteurs sont des glycoprotéines. Ils possèdent une région transmembranaire
unique ; ce qui les différencient donc des RCPG. En intracellulaire, ils ont tous un domaine à activité tyrosine-kinase qui provoque la phosphorylation des protéines cytosoliques sur les résidus tyrosine en particulier.
Le domaine tyrosine-kinase peut être constitué d'un seul bloc ou de 2 blocs.
Les domaines extracellulaires sont capables de fixer les ligands. Ces domaines sont différents :
- ils peuvent être riches en cystéine pour l’EGF,
- ils peuvent comporter des domaines Ig, et donc faire partie de cette famille (comme les NCAM).
Il y a une cinquantaine de récepteurs à activité tyrosine-kinase. Chacun va fixer des ligands différents.
La plupart des récepteurs sont capables de s'homo-dimériser et pour certains de s'hétérodimériser.
C’est le cas du récepteur à l'EGF qui est capable de s'hétérodimériser avec des récepteurs de la même famille
Le récepteur au PDGF (facteurs de croissance des plaquettes) constitué d'un récepteur au PDGF α et d'un récepteur au PDGF 𝛽, qui peuvent former des homo- ou hétérodimères.
Le récepteur au VEGF est exprimé dans les cellules endothéliales, donc dans les vaisseaux. Il est important pour former le système cardiaque, et en cancérologie car il est capable de provoquer l'alimentation des cellules tumorales en nutriments.
Il y a donc des médicaments qui consistent à bloquer ce récepteur.
Ces récepteurs peuvent fixer des ligands, aussi appelés facteurs de croissance, différents, ce qui provoque des activités intracellulaires différentes.
Ch4 – Fig 3 : Phosphorylation et déphosphorylation de protéines
Le mode d'action enzymatique de ces récepteurs, qui font partie de la famille des kinases, repose sur leur capacité à greffer un groupement phosphate sur un résidu particulier.
Dans le cas des tyrosine-kinases, le résidu en question est une tyrosine.
Ch11 – Fig 12 : L'activation d'un récepteur à activité tyrosine-kinase
Les récepteurs sont capables de s'homo ou de s'hétérodimériser.
À l'état de monomère, ils sont inactifs.
Le ligand peut être sous forme de monomère ou de dimère, et il induit la dimérisation de deux monomères (sauf pour le récepteur à l'insuline).
Cette dimérisation est l'élément déclencheur de l'activation du récepteur.
Le récepteur peut alors phosphoryler des protéines au niveau intracellulaire.
La partie intracellulaire de ce récepteur contient des tyrosines : il commence par s'auto- phosphoryler.
Cette auto-phosphorylation entraîne une cascade d'événements, dont le premier est la fixation de protéines cytosoliques sur les résidus phosphorylés du récepteur, il s'agit d'une association physique de protéines libres dans le cytosol.
Ainsi, les récepteurs auto-phosphorylés peuvent :
✓ recruter des protéines associées,
✓ phosphoryler des protéines cibles,
✓ induire la transmission du signal,
✓ être endocytés dans des vésicules de clathrine et de protéines d'adaptation.
Les récepteurs kinases ont la capacité de se dimériser sous l'effet de la fixation d'un ligand, ce qui induit le départ de l'activité enzymatique.
Une fois qu'il est activé, le récepteur fixe des protéines cytosoliques associées.
FIN DU COURS DU 21/11/18
Ch11 – Fig 13 : L'activation de Ras par un récepteur tyrosine-kinase
A la suite de l'activation et de l'autophosphorylation d'un récepteur tyrosine-kinase, débute une cascade d'activation avec une protéine intermédiaire qui se fixe au récepteur.
Il s'agit d'une protéine GEF qui peut activer les protéines G monomériques comme Ras, en favorisant l'échange du GDP par du GTP.
Cet événement est fondamental pour permettre la poursuite de la cascade d'activation débutée lors de la fixation du ligand sur le récepteur.
Cette activation de la protéine Ras, qui est ancrée à la membrane par un acide gras, peut être réversible sous l'action de la protéine GAP qui stimule leur activité GTPasique (ce qui les rend inactives).
La protéine Ras active participe elle aussi à la poursuite du signal puisqu'elle entraîne une cascade répétitive d'événements enzymatique : une kinase inactive passe sous la forme active sous l'effet de la protéine G active, cette kinase devient alors apte à phosphoryler un substrat.
Ces kinases appartiennent à la famille des sérine-thréonine-kinases, car elles ont une spécificité de phosphorylation sur les résidus sérine et thréonine.
La kinase activée va activer une autre kinase inactive, qui active une troisième kinase.
Toutes ces protéines kinases sont différentes.
À la fin de cette cascade, la dernière kinase ERK (extracellular regulated kinase) va passer d'un état inactif à actif. ERK est une serine-thréonine kinase.
Elle va alors pouvoir :
✓ phosphoryler des substrats cytosoliques,
✓ migrer dans le noyau pour jouer un rôle dans la transcription de gènes en se rendant dans le noyau et en phosphorylant des protéines nucléaires.
Le but de la cascade d'activation est en effet de permettre à la cellule de répondre et de réagir à un signal.
Dans le cas des récepteurs à activité tyrosine-kinase, le produit final de cette cascade est souvent :
✓ la prolifération cellulaire,
✓ la différenciation,
✓ la survie.
Par exemple, une cellule de la peau, ou kératinocyte, peut être stimulée par l'EGF, ce qui va lui permettre de se multiplier ou de survivre en milieu hostile.
Outre cette cascade d'activation classique, il existe de nombreuses autres possibilités pour un récepteur induire un signal à la fois dans le cytosol et dans le noyau par l'intermédiaire d'autres protéines intermédiaires.
Par exemple, par l'intermédiaire de la phospholipase C, le récepteur pourra induire la prolifération, la migration, la différenciation et la survie cellulaire.
Ce mode d’action est très conservé entre les espèces.
Exemple de l'insuline :
L'insuline est un facteur de croissance sécrété par le pancréas endocrine, par voie endocrine (il se déplace donc dans la circulation sanguine jusqu'à son récepteur sur une cellule cible).
Le pancréas endocrine présente des structures cellulaires appelées îlots de Langerhans qui produisent 2 hormones qui régulent le taux de sucre dans le sang :
✓ l'insuline
fixation sur des récepteurs tyrosine-kinase
diminution le taux de glucose dans le sang = hypoglycémiante
✓ le glucagon, à effet inverse, sécrété par les cellules alpha du pancréas,
fixation sur des RCPG
augmentation du taux de sucre dans le sang = hyperglycémiante
La sécrétion d’insuline est régulée, celle-ci n’est sécrétée que lorsque l’organisme a besoin de diminuer le taux de sucre dans le sang.
Au sein de la cellule du pancréas, l'insuline est produite sous forme de pro-insuline immature donc inactive. Il s'agit d'un peptide qui contient 2 ponts disulfures.
Au cours des mécanismes de sécrétion de l'hormone dans la circulation, la pro-insuline subit des modifications :
✓ 1er clivage de la partie centrale de ce peptide par des endoprotéases : les 2 chaînes restent unies par les ponts disulfures.
✓ 2ème clivage.
L'insuline passe alors à sa forme mature, donc capable d'activer son récepteur à activité tyrosine-kinase.
Le récepteur à l'insuline a également une maturation complexe : il est synthétisé sous forme de protéine clivée puis associée par des ponts disulfures pour former un hétérotétramère.
Présente dans des vésicules, l'insuline est sécrétée par exocytose de façon régulée suite à une augmentation de calcium intracellulaire.
Chapitre 2 Figure 27 :
Les facteurs e croissance sont stockés dans la cellule et sous l’effet d’un signal (ici l’augmentation du glucose dans le sang), ils vont être libérés dans le sang.
Le récepteur de l'insuline diffère des autres récepteurs à tyrosine kinase, ancré à la membrane plasmique, est un hétérotétramère car il compte 4 sous-unités :
✓ 2 chaînes α reliées par un pont disulfure constituent la partie extracellulaire qui fixe l'insuline,
✓ 2 chaînes β correspondent aux parties transmembranaires de ce récepteur.
Au niveau intracellulaire, on trouve un domaine tyrosine kinase qui a la capacité de s'autophosphoryler (comme pour les autres récepteurs tyrosine-kinase).
En revanche, ce récepteur est déjà dimérisé : il s'agit de 2 chaînes monomériques α et β déjà associées par des ponts disulfures. Il n'y a donc pas besoin de dimérisation.
Il s'agit du seul récepteur à activité tyrosine-kinase qui est déjà sous forme de dimère dans la cellule et seul récepteur à activité tyrosine kinase à subir une maturation similaire à son ligand.
Cependant, sans ligand, ce récepteur est inactif.
Lors de la fixation du ligand sur une chaîne α, le récepteur est activé : il n'y a pas de dimérisation mais un changement de conformation du récepteur qui induit l'activité enzymatique tyrosine kinase.
Il y a 2 sites de fixation à l'insuline, donc 2 molécules d'insuline peuvent se fixer : 1 sur chaque chaîne α.
La cascade d'activation de ce récepteur à l'insuline est la même que celle vue précédemment : phosphorylation, activation de Ras...
Le récepteur du glucagon est un RCPG.
Ch11 – Fig 15 : Devenirs comparés du glucagon et de l'insuline
Les récepteurs à l'insuline et au glucagon sont présents notamment sur 2 types de cellules : - cellules musculaires
- hépatocytes (foie).
Pour l'insuline :
L'endocytose est similaire à celle des LDL avec des vésicules de clathrine.
Il y a tout d'abord formation d'une vésicule contenant le récepteur toujours fixé à ses ligands, donc toujours phosphorylé.
Le récepteur est toujours capable de s'autophosphoryler et de phosphoryler des substrats.
Dans la lumière des endosomes tardifs, il y a une dissociation de l'insuline et des récepteurs, qui deviennent alors inactifs, début d'hydrolyse de l'insuline par l'insulinase.
Il peut à ce moment-là y avoir un ré-adressage du récepteur à la membrane.
Ou alors, il se dirige vers les lysosomes, où il y a dégradation des hormones et des récepteurs.
Pour le glucagon :
La phosphorylation du RCPG, entraine son inactivation.
Les récepteurs au glucagon fixent le glucagon et activent une protéine Gαs, capable d'activer
l'adénylcyclase et qui permet l'augmentation de la concentration en AMPc.
Le récepteur est endocyté sous forme inactive par un mécanisme de phosphorylation.
Il emprunte ainsi la voie endosomale, où a lieu la dissociation du récepteur et de l'hormone.
Dans les endosomes tardifs, il se passe une déphosphorylation avec des phosphatases.
Dans les lysosomes, il y a une hydrolyse des récepteurs non recyclés et des hormones.
Il y a une possibilité de recycler le RCPG à la membrane.
Il y a des similitudes dans le transport de ces récepteurs et de leurs ligands de la membrane plasmique aux endosomes, mais aussi des différences puisque le récepteur de l'insuline conserve son activité enzymatique et pas le RCPG du glucagon.
L’insuline est hypoglycémiante alors que le glucagon est hyper-glycémiante.
Ch11 – Fig 16 : Le domaine cytosolique du récepteur tyrosine-kinase est importé dans le nucléoplasme et devient un FRT
Les récepteurs à activité tyrosine-kinases peuvent subir des clivages à la membrane plasmique :
- clivage du domaine extracellulaire par des enzymes de la famille ADAM
plus de fixation de ligand
- clivage du domaine transmembranaire (ou intramembranaire), par les secretases
libération du domaine intracellulaire/cytosolique du récepteur,
importation nucléaire et association avec un FRT,
rôle dans la transcription de gènes.
Les récepteurs à activité tyrosine-kinase ont donc plusieurs effets :
- effets rapides à la membrane : phosphorylation, activation de Ras,
- effets plus tardifs : des enzymes initient ce clivage, et des FRT interviennent pour accompagner ce récepteur dans le programme d'expression génique du contrôle.
Ch11 – Fig 17 : Les ligands des récepteurs pour les facteurs de croissance
Les ligands peuvent être des molécules solubles produites par des cellules sources qui stimulent un récepteur selon différentes voies, en fonction de la distance à parcourir.
Mais certains ligands peuvent être produits sous forme de précurseur. Un précurseur est enchâssé dans la membrane grâce à un domaine transmembranaire (c'est alors une protéine intrinsèque intégrale).
Cependant, il ne peut pas fixer son récepteur, il doit donc devenir soluble.
La cellule le rend actif en le rendant soluble : il y a clivage du domaine extracellulaire par une ADAM, qui va alors pouvoir se fixer sur son récepteur spécifique.
Certains ligands de l'EGF suivent ce mécanisme.
La fixation du ligand peut se faire :
- sur la même cellule qui exprime et produit ce ligand = mode autocrine, - sur une cellule voisine = mode paracrine.
Ce clivage est régulé, une cellule peut avoir sur sa membrane un stock de précurseurs qui seront clivés en fonction des besoins.
La découverte de ces récepteurs à activité tyrosine-kinase, l'identification de leur mode d'action et de leur implication en pathologie (notamment dans les cancers) ont permis de développer des stratégies pharmaceutiques visant à inhiber leur action.
Il peut y avoir une surproduction de récepteurs, donc la probabilité de dimérisation est plus importante et donc leur activation est fréquente.
Par exemple, certains récepteurs à l'EGF sont hyperactifs dans les cancers du poumon, et d'autres dans les cancers du sein.
Ces récepteurs étant toujours actifs, la cascade d'activation et de signalisation a toujours lieu. On parle de signal mitogène.
La cellule tumorale présente un avantage sélectif par rapport à une autre cellule : elle va donc se multiplier et empiéter sur les cellules normales environnantes.
Ch11 – Fig 18 : Quelques-unes des stratégies utilisées ou en cours d'expérimentation pour bloquer, dans les cellules cancéreuses, le signal mitogène induit par les récepteurs à activité tyrosine-kinase
Ce mécanisme étant à l'origine de la maladie, il est la cible de plusieurs traitements anti- cancéreux :
- inhibition de la production des ligands (siRNAs) mais cette technique est peu utilisée, - anticorps monoclonaux se fixant sur la partie extracellulaire du récepteur ou sur le
ligand, ce qui empêche le ligand d'avoir accès à son récepteur :
▪ Cetuximab pour le site de fixation du récepteur au EGF dans le cas du cancer du colon,
▪ Bevacizumab pour le ligand du récepteur au VEGF.
Le récepteur à EGF est présent sur les cellules tumorales. Le récepteur VEGF est présent sur les cellules endothéliales des vaisseaux qui irriguent la tumeur. Si on bloque ce récepteur on va diminuer la quantité de vaisseaux qui irriguent la tumeur, et donc la nutrition.
Blocage des sites enzymatiques tyrosine-kinase : la molécule empêche l'utilisation de l'ATP nécessaire à l'autophosphorylation des récepteurs, qui ne peut plus s’activer. Les molécules se fixent à la place de l’ATP (Gefitinib, Erlotinib).
Désancrage de la protéine G monomérique Ras à la membrane, car l'ancrage par un acide gras est une condition sinéquanone à son activation.
Blocage de la farnésylation de Ras en inhibant la farnésyl-transférase qui donne un
groupement farnésyl à la protéine Ras, ce qui empêche Ras de s'insérer à la membrane, peu
efficaces (pour le moment).
Inhibiteurs des enzymes kinases de la cascade (une série de kinase), qui activent notamment ERK : résultats probants.
Le cancer du poumon
Le Cetuximab est un anticorps polyclonal qui bloque le récepteur à l'EGF, qui est administré aux patients souffrant de cancers du poumon.
Avant de le prescrire, il faut effectuer un test biologique pour vérifier l'état d'activation de la protéine Ras (séquençage du gène).
En effet, certains cancers du poumon s'accompagnent d'une mutation de la protéine Ras, qui est toujours active (toujours couplée au GTP).
- si le gène Ras est normal, ou sauvage, on peut administrer le médicament, - si ce gène est muté, et donc Ras activée, le traitement ne sera pas efficace.
E – Les récepteurs nicotiniques
Ch11 – Fig 19 : Modèle tridimensionnel du récepteur nicotinique
Les récepteurs nicotiniques sont présents sous forme d'hétéropentamère, car les sous unités sont différentes : 2 sous-unités α capables de fixer l'acétylcholine, 1 sous-unité β, 1 sous-unité δ, et 1 sous-unité γ ou ε selon le stade du développement, selon le tissus, mais le fonctionnement sera le même, γ chez l’embryon, ε chez l’adulte.
Chaque sous-unité est constituée d'une protéine à 4 domaines transmembranaires.
Le récepteur nicotinique forme un canal ionique qui permet le passage d'ions suite à la fixation d'acétylcholine. Il se retrouve à la jonction neuromusculaire (entre un neurone et une cellule musculaire).
Ch11 – Fig 20 : Les deux conformations, ouverte et fermée, du récepteur nicotinique La séquence d'activation du récepteur nicotinique :
- pas de fixation d'acétylcholine : canal fermé
pas de passage d'ions
- fixation d'acétylcholine : ouverture du canal
entrée de Na+ et sortie de K+
dépolarisation de la membrane de la cellule musculaire
Ces récepteurs sont importants dans les échanges ioniques à la membrane, et impactent sur le potentiel membranaire de la cellule.
Le mouvement des ions à la membrane plasmique provoque une différence de potentiel ; et le transport se fait donc grâce au gradient de concentration.
Ch11 – Fig 21 : Couplage excitation-concentration dans la cellule musculaire squelettique
La transmission d'un influx d'un nerf moteur à une cellule musculaire se fait par le biais d'un potentiel d'action.
Le potentiel d'action vient du neurone et permet, près du neurone pré-synatique, d'ouvrir des canaux calciques potentiel-dépendants. Il y a alors une augmentation de calcium dans la cellule, ce qui provoque l'exocytose d'acétylcholine dans la fente synaptique.
En effet, l'augmentation de calcium est un signal de sécrétion régulée : les vésicules vont donc fusionner avec la membrane plasmique.
L'acétylcholine est ainsi libérée dans la fente synaptique, sans être diffusé.
Il se fixe au niveau des récepteurs nicotiniques post-synaptiques.
Il y a alors une cascade d'événements : l'entrée de sodium dans la cellule va activer des canaux sodiques potentiel-dépendants, présents sur le sarcolemme (membrane de la cellule musculaire).
Une onde de dépolarisation suit le long de cette membrane pour atteindre les tubules T (repliements de la membrane qui s'enfoncent dans le muscle), dans lesquels se trouvent d'autres canaux ici calciques qui vont s'ouvrir.
Ces canaux interagissent avec d'autres canaux calciques présents à la membrane du
réticulum sarcoplasmique (RE de la cellule musculaire). Il y a donc formation d'un complexe entre canaux calciques.
Le réticulum sarcoplasmique retient le calcium grâce à la calséquestrine.
Ce canal calcique présent à la surface du réticulum sarcoplasmique est un récepteur à la rhyanodine, qui est un alcaloïde toxique qui peut bloquer le récepteur.
Cette conjonction d'onde de dépolarisation et d'interaction entre le récepteur à la
rhyanodine et le canal calcique potentiel-dépendant provoque une sortie massive de Ca++
séquestré dans le réticulum sarcoplasmique.
La sortie de Ca++ induit la contraction musculaire.
Le réticulum sarcoplasmique récupère ensuite son stock de calcium grâce à un autre canal calcique à activité ATPasique.
III/ Les signaux liposolubles et leurs récepteurs nucléaires A – Généralités
Les signaux liposolubles sont des hormones de type œstrogène, progestérone, hormones stéroïdes. Ils utilisent des récepteurs nucléaires.
Ils possèdent un caractère liposoluble et doivent se fixer sur des transporteurs sanguins pour véhiculer jusqu’à leur cible.
B – Structure des récepteurs nucléaires
Ch11 – Fig 22 : Similitude de structure des récepteurs nucléaires humains pour les signaux chimiques liposolubles
Les récepteurs nucléaires sont capables de fixer des ligands de différentes natures : - androgènes,
- progestérone,
- minéralo-corticoïdes et glucocorticoïdes impliqués dans la régulation de la glycémie et des équilibres hydriques et minéraux des cellules,
- œstrogènes, - acide rétinoïque, - PPAR (peroxysomes), - hormone thyroïdienne T3.
Ces récepteurs ont une organisation assez générique, en 4 parties :
- Domaine AB : extrémité N-terminale, régulation de la transcription
▪ Actifs dans le noyau, impliqués dans la transcription de gènes - Domaine C : site de fixation à l’ADN des récepteurs.
▪ Association physique avec l’ADN, sur des régions précises, en amont des promoteurs de gènes
- Domaine D : domaine charnière, - Domaine E : extrémité C-terminale
▪ fixation de l’hormone (androgène, hormone thyroïdienne) ou de protéines associées à ses récepteurs (PAR)
Phénomène de compétition, c’est soit l’un soit l’autre
▪ séquence NLS qui va être démasquée lorsque l’hormone se fixe
Récepteurs transportés dans le nucléoplasme, dans le noyau pour effectuer un rôle de facteurs de transcription
▪ dimérisation de ces récepteurs qui ont besoin de cet événement pour être actifs
▪ régulation de la transcription
C - Mécanisme d’action des récepteurs des hormones stéroïdes
Ch11 – Fig 23 : Mécanisme d’action du récepteur nucléaire des hormones stéroïdes : exemple des androgènes humains
Dans le cas du récepteur des androgènes, on a des transporteurs sanguins dans le milieu extracellulaire fixés à ces androgènes.
Les androgènes vont passer la membrane plasmique grâce à leur qualité liposoluble puis, ils vont se retrouver dans le nucléoplasme grâce à leur passage à travers les pores nucléaires.
Au niveau du nucléoplasme, le récepteur libre est inactif tant qu’il n’a pas rencontré le ligand/hormone.
Ici, le récepteur est sous forme monomérique, il fixe sur sa partie C-terminale une protéine associée au récepteur qui le maintient sous forme inactive.
Lorsque le ligand arrive, il va y avoir un phénomène de compétition et le ligand va prendre la place des protéines PAR.
Le complexe devient activé, ce qui permet un changement de conformation du récepteur qui rend accessible le domaine de fixation à l’ADN et permet au récepteur de se dimériser.
Activation = fixation du ligand + dimérisation (2 sous unités dans le même état actif).
Le récepteur va se fixer sur une séquence d’ADN précise pour chaque type de ce récepteur, c'est-à-dire qu’il y a une séquence d’ADN particulière pour le récepteur des androgènes, ou celui des hormones stéroïdiennes.
Ces régions régulatrices sont appelées ERH.
Une fois qu’il y a fixation du récepteur, entraine la courbure de l’ADN et des phénomènes de transcription d’un ARNm spécifique du gène qui va permettre la synthèse de protéines.
Le récepteur n’agit pas seul, il y a d’autres facteurs de transcription qui vont agir.
Des modifications de la chromatine vont avoir lieu, elle va se relâcher afin de permettre la transcription de gènes et donc la production d'ARNm spécifiques à chacun des récepteurs hormonaux ou nucléaires.
Ainsi, un récepteur aux androgènes va se fixer sur une séquence spécifique de l’ADN. C’est cette séquence qui va être transcrite.
L’ARN produit va ensuite passer par le pore nucléaire dans le cytosol et la synthèse de la protéine aura lieu.
C’est un mécanisme qui prend du temps en comparaison de l’activation (phosphorylation).
Une fois que le récepteur a fait son travail, il est ensuite ubiquitinylé et dégradé par le protéasome.
Ch11 – Fig 24 : Localisation nucléaire du récepteur des œstrogènes couplé à la GFP, en l’absence et en présence d’hormone
On peut déterminer que ces récepteurs se fixent sur des régions déterminées.
On réalise la transfection d’une protéine chimère, qui comprend un récepteur aux œstrogènes au niveau N-terminal, avec la GFP.
La transfection de ces cellules se fait avec un plasmide qui va produire cette protéine.
On bloque ensuite la synthèse protéique avec un inhibiteur.
On va donc observer les protéines produites pendant les heures précédentes.
Si on regarde la cellule en microscopie fluorescente, le marquage est uniquement nucléaire, c'est-à-dire que le récepteur est présent dans le noyau.
On incube réalise ensuite une incubation avec des hormones, le signal de fluorescence diffuse sans hormones devient granuleux et beaucoup plus compacté.
On en déduit que l’activation des récepteurs entraîne leur dimérisation et leur fixation sur des sites particuliers de l’ADN, ce sont les sites de transcription.
D – Réponses primaires et secondaires aux hormones stéroïdes
Après leur fixation sur l’ADN, les récepteurs nucléaires vont induire des réponses qui peuvent être primaires ou secondaires.
Ch11 – Fig 25 : Réponse primaire et réponse secondaire aux stéroïdes
Les complexes se fixent sur les séquences spécifiques de l’ADN pour induire la transcription d’un premier type de gènes et donc la synthèse de protéines, c’est la réponse primaire.
Cette synthèse de protéine va pouvoir elle-même induire l’activation de nouveaux gènes, c’est la réponse secondaire.
Cette dernière, peut être :
- positive = activation de gènes de la réponse secondaire, - négative = inhibition de gènes de la réponse primaire.
Au final, on aura donc une synthèse de protéines, qui vont participer à la fonction biologique de cette hormone.
E – Récepteurs nucléaires et pathologie humaine
Le rôle de ces récepteurs nucléaire en pathologie est très important.
On peut prendre l’exemple des récepteurs aux œstrogènes qui se retrouvent abondamment exprimés dans certains cancers du sein. Cependant, lorsque ces types de récepteurs sont exprimés, ce sont des cancers de bon pronostic car ils sont plus faciles à traiter.
En effet, des médicaments sont des antagonistes à l’œstrogène, capables de bloquer ces récepteurs aux œstrogènes, comme par exemple le Tamoxifen. On propose une
thérapeutique aux patients qui ont un cancer du sein avec des récepteurs d’oestrogènes en grandes quantités.
En donnant ce médicament, on bloque les récepteurs, c’est donc un antagoniste de récepteurs.
Dans ce type de cancer, il y a une abondance de récepteurs dans le noyau, ils sont très actifs.
Le médicament est donc un inhibiteur des ces récepteurs. Le plus souvent on aboutit à la guérison.
IV/ Communication intercellulaire par des radicaux libres gazeux : le monoxyde d’azote (NO)
Les radicaux libres gazeux sont des signaux fugaces produits par une cellule source et dont le temps de vie est très court. La cellule cible doit donc être très proche de la cellule source.
Les radicaux libres gazeux sont des médiateurs locaux.
Le NO est capable de diffuser librement au travers de la bicouche lipidique ; il peut ensuite activer des enzymes qui sont les synthases.
Ch11 – Fig 26 : La cellule endothéliale synthétise le monoxyde d’azote (NO), radical libre gazeux constituant un signal chimique à action locale
On prend l’exemple de la communication intercellulaire entre une cellule endothéliale (au dessus) qui produit du NO et va agir sur des cellules circulantes comme les plaquettes, et une cellule musculaire (en-dessous).
Les cellules endothéliales forment la paroi des vaisseaux, dans lesquels circulent le sang et les plaquettes, impliquées dans les phénomènes de coagulation.
Cette cellule est aussi en contact avec la cellule musculaire lisse qui entoure les vaisseaux, cette dernière lui permet de varier en terme de diamètre (vasodilatation/vasoconstriction).
Le NO est produit sous l’effet de la libération de calcium dans le cytosol.
Ce dernier va ensuite se complexer à la calmoduline et activer la NOS qui va produire la NO dans la cellule endothéliale. La NOS est constitutive dans les cellules endothéliales.
La calmoduline peut être activée sous l’effet de l’acétylcholine ou de la phopholipase C.
Le NO est produit à partir d’Arginine. L’enzyme permettant cette production de NO est la NOS (nitrite oxyde synthase).
Un autre composé produit sous l’effet de l’enzyme est la citruline.
Le NO peut avoir 2 destinations :
- La circulation sanguine : effet anti-agrégant sur les plaquettes (sinon caillots qui vont boucher les vaisseaux),
- Les cellules musculaires lisses : elles sont séparées d’une la cellule endothéliale par la lame basale (il y a en fait 2 lames basales : une pour la cellule endothéliale et une pour la cellule musculaire lisse).
Ce NO peut diffuser dans la cellule musculaire, et activer une enzyme, la guanylate cyclase.
Cette dernière est soluble et va être capable à partir du GDP de former du GMPc qui va avoir un effet relaxant sur la cellule musculaire.
Phénomène de vasodilation du vaisseau visant à favoriser la circulation sanguine.
Ce GMPc va être dégradé par une phosphodiestérase (PDE) pour donner du GMP. La chute du taux de GMPc va provoquer une dilation moindre du vaisseau.
Dans certains phénomènes physiologiques propres à la gente masculine, dans l'appareil génital, ce phénomène de vasodilatation est extrêmement important, car il est à l'origine de l'érection.
Il peut y avoir des déficits d’ordres pathologiques. Un médicament a été fabriqué pour bloquer cette phosphodiestérase, ce qui permet d'augmenter le taux de GMPc et de permettre la vasodilatation. C’est le mode d’action du Viagra.
L’enzyme productrice de NO est présente dans différentes cellules.
Elle peut être produite sous forme constitutive. C’est celle que l’on retrouve : - dans l’endothélium = eNOS,
- dans les neurones = nNOS.
Une autre enzyme, inductible, est la iNOS. Elle est produite dans les cellules de l’immunité, comme les macrophages, sous l’effet d’une infection bactérienne.
Le NO va donc concourir à l’effet antibactérien, et lutter contre l’infection.
Exemple de l’athérosclérose :
L'athérosclérose est une pathologie liée à l’encrassement des vaisseaux sous l’effet : - de l’âge,
- d’une alimentation riche en acides gras, en cholestérol, - du tabac.
On observe alors la dégradation des fonctions de l’endothélium. La cellule endothéliale est moins active, moins fonctionnelle, il y a alors une diminution de la synthèse de NO et donc une vasoconstriction.
Cela peut avoir pour conséquences différents accidents vasculaires, cérébraux ou cardiaques.
Traitement :
Médicaments augmentant la vasodilatation, par exemple les dérivées nitrés (trinitrine) qui libèrent du NO et qui provoque une vasodilatation brève et massive.
V/ Adaptation de la cellule cible, régulation de la réponse, interactions entre voies de signalisation
Il existe plusieurs moyens de contrôler la communication intercellulaire :
✓ Quantité de ligand : plus ou moins grande
Si pas de ligand, pas d’activation
Destruction enzymatique : acétylcholinestérase est capable de détruire l’acétylcholine (un ligand)
Capture et entrée dans le cytosol (SNC) : quantité diminue dans l’espace extracellulaire
✓ Contrôle de la quantité de récepteurs, c’est la désensibilisation. Ce mécanisme a lieu à différents niveaux :
Cytosolique et nucléaire
• phosphorylation
• ubiquitinylation
• destruction dans le protéasome (nucléaire et cytosolique)
Blocage définitif de la communication puisque le récepteur disparaît
Membranaire
• L'endocytose fait disparaître le récepteur de la membrane avec plus ou moins destruction dans le lysosome, il n’y a alors plus d’accessibilité au ligand.
• Il peut y avoir également des phénomènes de recyclage après cette endocytose, qui est une économie pour la cellule puisqu’elle n’a pas besoin de resynthétiser des récepteurs.
• Tout cela s’accompagne de phosphorylation, d’ubiquitinylation, d’endocytose
Ch11 – Fig 27 : Les 2 modèles de désensibilisions par phosphorylation unique ou multiple d’un récepteur couplé aux protéines G
Exemple de désensibilisation des RCPG :
À gauche on peut voir la cascade d’activation de l’adényl cyclase et des kinases.
A droite sont représentés les phénomènes d’endocytose qui peuvent avoir eu lieu après la phosphorylation du récepteur.
On retrouve les protéines cytosoliques classiques (clathrine, dynamine, AP2) et des kinases dépendantes de l’AMPc.
- Les kinases peuvent être non-spécifiques du RCPG, il n'y a qu'un site de phosphorylation.
- Les kinases peuvent être spécifiques d’un RCPG, on observe alors plusieurs sites plusieurs sites de phosphorylation. La fixation de l’arrestine va participer à des voies de signalisation et est impliquée dans l’endocytose du RCPG.
Dans ces deux cas, on observe une désensibilisation des RCPG Ces voies de signalisation sont capables de communiquer entre elles.
Par exemple une cellule épithéliale va exprimer :
✓ des récepteurs à l’EGF,
✓ des RCPG,
✓ des récepteurs hormonaux…
Les voies de signalisation communiquent entre elles si les ligands sont présents.
Le phénomène d’hétérodimérisation est un élément d’interaction entre voies de signalisation.
Par exemple, deux protéines G hétérotrimériques différentes peuvent s’associer, s’hétérodimériser. Il y aura alors une interaction entre 2 voies de signalisation.
Ch11 – Fig 28 : Deux signaux différents activent 4 voies croisées de transduction via la phospholipase C
Les signaux partant d’un RCPG et d’un récepteur à activité tyrosine kinase communiquent et convergent.
Il y a des spécificités pour chacun.
Par exemple, les protéines G hétérotrimériques sont activées par le RCPG dimérisé qui active une adénylcyclase, qui permet l’augmentation de concentration d’AMPc et ainsi l’activation des kinases dépendantes de l’AMPc
Avec certaines protéines G α, il y a activation d’une protéine effectrice, la phopholipase C β qui va être capable, à partir du PIP2 de produire de l’inositol triphosphate (IP3).
L'IP3 aura une action sur les récepteurs de l’IP3 présents dans les membranes du système endomembranaire. Il y a alors une libération du calcium dans le cytosol qui va, avec la calmoduline, activer un certain nombre d’enzymes.
On aboutit à des événements de transcription
La production d’IP3 s’accompagne de la production de DAG, qui concourent à l’activation de protéines kinases C. La fonction biologique est donc activée.
À droite, dans l’activation d’un récepteur à activité tyrosine kinase, on observe plusieurs étapes :
✓ dimérisation,
✓ phosphorylation,
✓ activation de Ras.
Hormis cette activation de Ras, il y a d’autres protéines associées qui peuvent être activées par un récepteur à activité tyrosine kinase, notamment la phospholipase C.
En effet, l'activation de la phospholipase C induit, sur un mode quasiment identique, l’activation de cette voie IP3, DAG, et activation de kinases.
Des récepteurs différents avec des modalités d’activation différentes peuvent converger vers l’activation d’une même enzyme, comme ici la phospholipase C.
Ch11 – Fig 29 : Les 3 voies de signalisation qui convergent pour induire la multiplication des cellules d’un cancer du sein
Dans les cellules tumorales, les voies de communication sont perverties.
En effet, la cellule utilise le maximum de voies de signalisation pour les détourner à son compte.
Elle les active, ce qui lui permet d’avoir un avantage sélectif sur les cellules non tumorales.
Dans ce schéma, on a la synthèse de ce qui arrive en général dans les cellules du cancer du sein.
Au fur et à mesure que la cellule tumorale se développe, elle va détourner les voies de signalisation.
Elle peut utiliser un ligand liposoluble (œstrogène) pour activer des événements nucléaires, donc de transcription.
Cet œstrogène peut activer un RCPG qui est présent au niveau de la membrane du RE (les RCPG peuvent être présents à d’autres membranes en plus de la membrane plasmique).
Sous l'effet de l’œstrogène, ce RCPG va être capable d’activer une protéine G hétérotrimérique et induire une voie de signalisation.
Ici, une kinase cytosolique va permettre de mettre en route des enzymes de la famille ADAM, qui peuvent être phosphorylés.
Cette phosphorylation leur permet de cliver le ligand pour un récepteur à activité tyrosine kinase, et donc d’activer par un mode autocrine, ou paracrine, le récepteur à l’EGF.
À partir d’une hormone liposoluble (œstrogène), on peut avoir activation d’un récepteur à activité tyrosine kinase dans la même cellule.
Ce récepteur va à son tour activer la voie Ras et induire ensuite les événements transcriptionnels qui vont participer à la prolifération des cellules.
Dans les traitements de ce type de maladie, on peut bloquer les œstrogènes.
Parfois, ce traitement suffit, mais dans certains cas, il faut aussi bloquer l’activité tyrosine kinase de ces récepteurs.
FIN DU COURS DU 22/11/18
