Communication cellulaire

Les étapes de la communication

Pour qu’une cellule puisse percevoir un message dans son environnement, le message devra:

1. Être perçu par la cellule cible (Réception)

2. Être converti en signal interne (Transduction)

3. Être amplifié et transformé (Réponse)

Signalisation définition directe vs indirecte

La signalisation cellulaire est le processus par lequel une cellule envoie, reçoit et interprète un signal (souvent un ligand) afin de déclencher une réponse cellulaire.
Voie : 
 La principale différence entre les différentes voies de communication est la distance parcourue par le signal dans l’organisme pour atteindre la cellule cible
 Signalisation indirecte : 
· Autocrine : La cellule se cible elle-même 
. Paracrine : Une cellule de signalisation cible une cellule voisine (cellule cible)
· Endocrine : Cellule distante ciblée par la voie sanguine (cellule de signalisation envoie à cellule cible par la voie sanguine) 
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Signalisation directe 

•  Jonction cellulaire : Partage d'information de cellule de signalisation à cellule cible par les jonctions ouverte

• recconaissance cellulaire : molécules situées à la surface d'une cellule se lient à des molécules complementaires à la surface d'une autre cellule, permettant aux cellules de s'identifier et de déclencher une réponse

Pourquoi a-t-on des messager varié?

Car il y a des ligand de structure variée (important pour déclencher diff réponse)

Qules sont les structures variés de ligand

Ligand = produit/messager

Chimiques

• Hydrophile/Hydrophobe

• Gros/petit

• Organique/inorganique

• Peptidique/lipidique/glucidique

• Extrinsèque/intrinsèque

Structure du messager va déterminer ses propriétés (hydrophile vs hydrophobe par exemple)

•Propriétés chimiques vont influencer la route (transport du messager)

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Physique:

• Chaud/froid

• Acide/neutre/basique

• Pression

• Ionique/électrique

*Peut importe le messager ils ont tous des recepteurs spécifiques

6 classes de messager chimique

Peptides (protéine)

•Stéroïdes

•Purines

•Amines

•Lipides

•Gaz

4 grand catégorie de recepteur

RCPG = Récepteur couplé à protéine G

Récepteur couplé à un enzyme

Récepteur couplé à protéine canal

Récepteur intracellulaire

Recepteur intracellulaire

• Souvent des recepteur hormonaux avec des ligands du type stéroïde

• Récepteurs localisés dans le cytoplasme ou le noyau

• Messagers sont de petites molécules hydrophobes et/ou neutre qui diffusent librement à travers la bicouche lipidique

• Complexe messager-récepteur agira comme facteur de transcription pour se lier à l’ADN

Exemple : Stéroïdes, Vitamine D, T3/T4,

Exemple de recepteur intracellulaire oestrogène

Oestrogène liposoluble rentre dans la cellule se lie au recepteur et forme un dimère avec un autre complexe récepteur-oestrogène.

rentre dans le noyaux et se lie à un co-activateur qui aide avec transcription

Le complexe récepteur d’œstrogène se lie à la région promotrice de l’ADN (ERE), ce qui change la transcription du gène et crée la prolifération de la cellule.

Traitement médicaux font souvent quoi et donne exemple?

résultats d’une interférence aux voie de signalisation

EXEMPLE : Tamoxifen utiliser contre cancer

—> Le tamoxifen (antagoniste) se lie au recepteur d’oestrogène, changeant la forme de recepteur d’oestrogène et recrute plutôt un corepresseur qui inhibe/réduit la transcription de gène

—> cancer = prolifération incontrôlé de cellule —> tamoxifen enlève cette barrière

Récepteur couplé à un canal ionique

Quand le ligand se lie au recepteur, le canal change de forme, le canal ionique s’ouvre et laisse passé des neurones

Très important dans le système nerveux;

Beaucoup de récepteurs de neurotransmetteurs sont couplés à des canaux ioniques chimiodépendants

Exemple : Gabba se lie à recepteur Gabba A → canal cl- s’ouvre—> hyperpolirisation —> inhibe neurone

Glutamate : se lie à recepteur → canal Na+ s’ouvre —> polérisation diminue —> active neurone

RTK

Grande famille de récepteurs (20 classes de récepteurs)

Impliqués dans les voies de Prolifération, Croissance, Survie et Métabolisme

Exemples de ligands: Insuline, EGF, NGF, VEGF (tous des facteurs de croissance)

Suites d’enchainement :

ligand se lie au recepteurs —> les recepteurs font la dimérization

—> le domaine tyrosine kinase devient activé —> le domaine s’autophosphorylise (Devient juste tyrosine phosphorylé)

—> les protéines de signalisation se lie à chaque phosphate—> Signal relayé par les Protéine de signalisation dans cell —> crée réponse

Récepteur couplé à protéine G RCPG

Découvert une description de structure vers l’an 2000

2000 de ces recepteur chez l’humain et 50% des antibiotique sont des agonistes ou antagoniste de ces récepteurs

9/10 protéine avec recpeteur est un rcpg, Ont 7 domaines transmembranaires

Les protéine G associé peuvent être activateurs ou inhibiteurs

Le ligand peut se lier à nouveau et la cascade repart Dépend donc de la concentration de ligand!

GTP vs GDP

Molécule effectrice (2 définitions)

En biochimie : c’est une petite molécule qui se lie sélectivement à une protéine et régule son activité biologique. Les molécules effectrices agissent comme des ligands qui peuvent augmenter ou diminuer l'activité enzymatique, l'expression génique ou la signalisation cellulaire.[Alors les ligands et les seconds messagers peuvent être des molécules effectrices]

En communication cellulaire, les protéines peuvent fonctionne comme des molécules effectrices, en particulier dans les cascades de transduction de signaux cellulaires.[Alors l'adénylate cyclase ou les MAPK peuvent être considérées comme des molécules effectrices, mais pas les molécules adaptatrices telle GRB2 par exemple]

Domaine de protéine

Partie d’une protéine qui possède une fonctionparticulière (certains de ses a.a interagissent avec des différent substances)

Exemples:

•Domaine de liaison de l’ADN

•Domaine de liaison du ligand

•Domaine enzymatique

•Domaine de liaison d’une autre protéine

•Domaine extracellulaire

Isoforme définition

Différentes protéines produites à partir d’un même gène (exon de l’ADN agencé différemment et forme protéine différent.) —> peut produire des recepteurs et enzymes qui sont des versions différent

Deux mêmes isoformes peuvent former un homodimère, tandis que deux isoformes différentes mais compatibles peuvent former un hétérodimère.

Transduction définition :

le processus par lequel la liaison d'un ligand au récepteur se traduit par des changements dans la biochimie, la biologie cellulaire et la transcription des gènes à l’intérieur de la cellule, qui lui permettent de répondre à l'information reçue.

C’est quoi une cascade de signalisation dans la transduction?

une série d'activations successives de molécules intracellulaires qui transmettent et amplifient le signal reçu par un récepteur jusqu'à produire une réponse cellulaire.

Les seconds messagers

Petitesmolécules intracellulairesnon-protéiquesde courte vie dont la concentrationaugmente (ou diminue) suiteà un premier signal (messagers/ligands liant son récepteur)

Exemple de second messager : Ca2+, AMPC, IP3 et DAG

AMPC comme second messager

Structure : Adénosine mono phosphate cyclique

La protéine G activé dans le RCPG active l’enzyme adénylate cyclase qui transforme ATP en AMPc en enlevant deux phosphate inorganique(pyrophosphate)

L’AMPc agit comme second messager et transmet/amplifie le signal à l’intérieur de la cellule.

Par exemple, l’AMPc peut activer la PKA (protéine kinase A), qui phosphoryle ensuite d’autres protéines et contribue à la réponse cellulaire.

Calcium comme second messager et fonction

Le calcium occupe plusieurs fonctions : contraction musculaire, exocytose de neurotransmetteurs par les neurones, sécrétion d’hormones, etc.

Le Ca²⁺ est activement transporté à l’extérieur de la cellule par les pompes de Ca²⁺.

Le Ca²⁺ est stocké dans le RE et les mitochondries (il est aussi retrouvé dans la matrice extracellulaire).

Lorsqu’un signal arrive, des canaux Ca²⁺ peuvent s’ouvrir, ce qui augmente la concentration de Ca²⁺ dans le cytosol. Le Ca²⁺ agit alors comme second messager en se liant à des protéines cibles et en modifiant leur activité, ce qui produit une réponse cellulaire.

Après la réponse, le Ca²⁺ est retiré du cytosol par des pompes de calcium back to where it came from.

(il ya augmentation de calcium dans cytsool quand protéine G activé se lie à PLC)

IP3 et DAG

La phospholipase C (PLC) coupe les phosphatidylinositols qui ont 2 groupes phosphates en plus (PIP2) en 2 parties = IP3 et DAG.

Relâche du calcium contenu dans le RE suite à l’activation d’un RCPG (ou autre récepteur)

Comment les signals sont reçu par les cellules en général

Les signaux chimiques sont émis par les cellules de signalisation sous la forme de petites molécules, généralement volatiles ou solubles, appelées ligands vers une celllule cible avec recepteurs (protéine qui le lie)

Les ligands se lie aux récepteurs menant à des modifications biochimiques dans la cellule cible, conduisant à une réponse cellulaire (plus tard)

Ligand avec structure semblable peut se lier à un même recepteur (ex. tamoxifen et oestrogène)

Vitesse de la réponse :

La vitesse de la réposne est plus rapide si elle n’implique que des facteurs cytosoliques.

Amplificationdu signal

Relais de protéines intracellulaires qui amplifiele signal de départ.

Avec seulement quelques messagers au départ, on peut obtenir une forte réponse à un stimulus. (Les seconds messagers aide aussi)

Les neurotransmetteurs utilise l’amplification

All of this is triggered by le premier messager/ligand

Cascade d’amplification

Activation en ordre d’une protéine après l’autre.

Kinase vs Protéine G

• 🎚 Kinases = interrupteurs : ajoutent un phosphate à une protéine, ce qui modifie son activité. Une phosphatase enlève le phosphate pour inverser l'effet. (needs a phosphatatse, doesnt do it on its own)

• ⏱ Protéines G = minuteries : sont actives avec GTP, puis hydrolysent leur propre GTP en GDP et deviennent inactives automatiquement (closes when times up/inactivates itself when done)

Deux grandes familles de protéine G

Monomérique : petite protéines

Hétérotrimérique : contient des sous unité alpha, beta/gamma

• Quand le GTP se lie au Protéine G (sous unité alpha se dissocie et active un enzyme, puis quand le GDP se lie le Gamma et beta le rejoint)

ATP vs GTP

Comment est-ce que les kinase et les phosphatases modifie de manière covalent les protéines

Phosphatase enlève un groupement phosphate

Kinase ajoute un groupement phosphate

Ce système agit comme un interrupteur moléculaire, tour à tour activant ou désactivant les molécules nécessaires pour répondre aux messages reçus.

Réponse possible d’un RCPG

L’activation d’un RCPG peut activer une réponse (activant une protéien Gs(PKA) Gq)(PLC)

ou inhiber une réponse (protéine Gi)

Activation et inhibition de la PKA(transduction + rapidité)

[AMPc] détermine l’activité de la PKA Donc signal rapide (sec à min) (pas de formation de nouveau protéine)

Il y a une équilibre entre Gs et Gi —> base de régulation cellulaire

Activation de PKC

Régulation de la minuterie protéine G

petite protéine G (GTPase) agit comme un interrupteur moléculaire à l'intérieur de la cellule.

• Quand la protéine est liée au GDP, elle est inactive (interrupteur fermé).

• Quand le GDP est remplacé par du GTP, elle devient active (interrupteur ouvert).

• Une fois active, elle peut envoyer un signal à d'autres protéines appelées effecteurs, ce qui déclenche une réponse cellulaire

Cross talk

L’activation de différents récepteurs peuvent mener à l’activation de plusieurs voies de transduction qui s’influencent l’une et l’autre

Les messages perçus peuvent donner naissance à :

• 🔴 Opposition : deux signaux produisent des réponses contradictoires.

• 🟢 Convergence / synergie : plusieurs signaux se renforcent pour augmenter une même réponse.

• 🔵 Indépendance : les voies fonctionnent séparément et ne s’influencent pas.

• 🟠 Divergence : un même signal active plusieurs voies et produit plusieurs réponses

Exemple de cross talk

Exemple d’insuline et glucagon dans cellule hépatique

L’insuline se lie à un RTK qui engendre une réponse d’inhibition et de l’hydrolyse du glycogène et activer plutôt la synthèse du glucose en glycogène.

Le glucagon se lie à un RCPG et active l’hydrolyse du glycogène (augmente glucose) et inhibe la synthèse de glucagon

Structure d’insuline

Préproinsuline → Proinsuline → Insuline mature

• La proinsuline est un précurseur inactif de l’insuline.

• Des liaisons disulfure se forment entre des résidus de cystéine, reliant les futures chaînes A et B.

• Le peptide C est ensuite retiré par clivage protéolytique post-traductionnel.

• Cela produit l’insuline mature, composée des chaînes A et B reliées par des liaisons disulfure.

• L’insuline mature est sécrétée et peut se lier au récepteur de l’insuline, qui est un RTK.

Les rétro-contrôle permettent…

l’arrêt de la signalisation —> permet de terminer la réponse après voies de signalisation

Fin de la réponse —> vue généraux

Multiplicité des réponse

Multiplicité des réponses : un même messager peut provoquer plusieurs réponses

peut être grâce au :

• crosstalk entre différentes voies de signalisation;

• différents types de récepteurs présents dans les cellules cibles.

Exemple : le glucagon se lie au RCPG et peut faire l’inhibition de la synthèse de la glycogène et activer l’hydrolisation (peu avoir lieu en même temps ou différent)

Spécificité des réponses et coordination dans le corps

Un même recepteur et ligant peut produire réponse diff sur deux tissus différent.

• Exemple : Adrénaline et recepteur beta sur cellule hépatique provoque la libération de glucose mais sur les vaisseaux sanguin elle provoque dilatation de vaisseau

Si le recepteur est différent même si tissus est le même et ont un même ligand

• Exemple : Adrénaline et recepteur alpha sur vaisseaux sanguin intestinal provoque vasoconstriction mais sur vaisseaux sanguin de muscles squelettique les recepteur beta provoque dilatation.

régulation de recepteur et effet sur la réponse

Lorsqu’il y a plusieurs protéine recepteur —> réponse plus forte

Lorsqu’il y a moins de recepteur —>réponse plus faible

Alors on peut controler la réponse en régulant le nombre de recepteur :

• Contrôle positif (plus de recepteur transcrit) : augmente réponse

• Contrôle négatif (moins de recepteur transcrit) : diminue réponse

Contrôle de vaisseaux sanguins par médicament

Les médicaments visent les récepteur sur les vaisseaux sanguin pour contrôler la pression artérielle.