Unité 2 et 3 BIO1540

la communication cellulaire

L’ensemble des mécanismes par lesquels les cellules échangent des informations pour coordonner leurs activités.

Il est un processus essentiel au fonctionnement des organismes vivants, qu’ils soient unicellulaires ou pluricellulaires

Réception

être perçu par la cellule cible

(ligand se fixe sur un récepteur à la surface ou à l’intérieur de la cellule cible)

Transduction

être converti en signal interne

(le signal est relayé et amplifié à l’intérieur de la cellule par le voies de signalisation)

Réponse

être amplifié et transformé

(déclenche une action spécifique comme la modification de l’expression des gènes)

endocrine

cible une cellule distante par la voie du sang

autocrine

la cellule cible elle-même

paracrine

la cellule cible une cellule voisinant

jonctions cellulaires, reconnaissance intercellulaire

voies de communication directe

RCPG- récepteur couplé à une protéine G

7 transmembranaires

g peut être hétérotrimérique ou monomérique

Récepteur couplé à une enzyme

RTK, récepteur tyrosine kinase, grande famille de récepteurs, dimérisation des récepteurs

Récepteur couplé à un canal ionique

très important dans le système nerveux, chimio dépendants

Récepteur intracellulaire

cytoplasme ou noyau, messagers sont hydrophobes ou neutres, stéroïdes, vitamine D

Transduction du signal

le processus par lequel une cellule convertit un signal externe en une réponse interne

un ligand se fixe à un récepteur cellulaire et déclenche une série d’évènement intracellulaires qui modifient le comportement de la cellule

Amplification du signal

permet de multiplier l’effet d’un seul ligand sur un récepteur par l’activation de plusieurs molécules qui en activent d’autres et elle permet une réponse rapide et puissante même avec une faible concentration de signal

Cascade enzymatique

une succession d’activations de protéines qui transmettent et amplifient un signal à l’intérieur de la cellule (voie de signalisation de l’AMPc)

domaine protéique

Partie d’une protéine qui possède une fonction particulière

les seconds messagers

AMPc, Ca2+, IP3 et DAG

AMPc

• AMP cyclique est produit à partir d’adénylate cyclase AC et ATP

• activés par une protéine G couplé à un RCPG

• active la PKA qui phosphoryle les protéines

Ca2+

• ions calcium stockés dans le RE et dans l’espace extracellulaire

• libérée dans le cytoplasme par des canaux ioniques activés par des récepteurs comme le IP3

IP3

• inositol triphosphate est formée à partir du PIP2 par l’action de la PLC activé par un RCPG

• se lie à des récepteurs sur le RE qui libèrent le Ca2+

DAG

• diaglycérol est produit en même temps que l’IP3 à partir du PIP2 sous l’action du PLC

• active la PKC qui phosphoryle des protéines impliqués dans la croissance cellulaire

crosstalk

• l’interaction entre différentes voies de signalisation cellulaire

• signifie qu’une voie de signalisation peut influencer ou être influencée par une autre, permettant une régulation fine des réponses cellulaires

multiplicité des réponses

désigne le fait que le même signal extracellulaire peut entraîner différentes réponses cellulaires selon le type de cellule, le type de récepteur activé, les voies de signalisation intracellulaires impliquées et le contexte physiologique

mécanisme d’activation des RCPG

Un ligand se fixe au domaine extracellulaire du RCPG et elle induit un changement de conformation du récepteur

Cela provoque l’échange du GDP pour le GTP

La sous unité alpha activé peut maintenant activer ou inhiber des effecteurs telle que l’adénylate cyclasse ou la phospholipase C (PLC)

L’activité de la GTPase hydrolyse le GTP en GDP qui provoque la réassociation des sous-unités alpha, beta et gamma

mécanisme d’activation et d’inactivation de la protéine G hétérotrimérique

La protéine G inactive a un sous-unité alpha liée à un GDP, elle est associée aux sous unités beta et gamma

Un ligand se lie au récepteur et cela induit un changement de conformation du récepteur

Le GDP est échangée pour un GTP et le sous unité alpha at celle beta gamma dissocient pour interagir avec des effecteurs intracellulaires différentes

Le GTPase hydrolyse le GTP en GDP et les segments se réassocient

Voie d’adénylate cyclase (RCPG)

GTP stimule l’adénylate cyclase

Elle convertit l’ATP en AMPc (un second messager)

L’AMPc se lie aux sous unités régulatrices de la PKA qui libère les sous unités catalytiques PKA actives

La PKA phosphoryle des protéines cibles

Voie de la phospholipase C (RCPG)

GTP active le PLC

PLC hydrolyse le PIP2 en DAG (reste encrée dans la membrane) et en IP3 qui se diffuse dans le cytoplasme

IP3 se lie à des récepteurs sur le réticulum endoplasmique provoquant la libération de Ca2+ dans le cytoplasme

PKC est activé par DAG et augmentation de Ca2+

PKC phosphoryle diverses protéines cibles

protéines effectrices

• des enzymes activés par des protéines G ou d’autres molécules de signalisation

• jouent un rôle essentiel dans la transduction du signal; en transformant un signal extracellulaire en réponse intracellulaire via la production de seconds messagers

AC

enzyme membranaire, catalyse la conversion d’ATP en AMPc qui active la PKA

PLC

enzyme qui hydrolyse le PIP2 en IP3 (libère du Ca2+) et DAG (active la PKC)

mécanisme d’activation des RTK

Un ligand extracellulaire se lie au domaine extracellulaire qui provoque un changement de conformation du récepteur

Elle favorise l’association de deux monomères RTK en un dimère

Les domaines RTK intracellulaires s’activent mutuellement par phosphorylation croisée sur des résidus tyrosine – autophosphorylation crée des sites d’ancrage pour les protéines contenant des domaines SH2 ou PTB

Voie MAP kinases

Voie PLC

L’activité est régulée par des phosphatases qui déphosphorylent les tyrosines activées

Dégradation du récepteur par endocytose et lysosome peut aussi arrêter la signalisation

mécanisme d’activation de la protéine G monomérique Ras

Ras est une protéine G monomérique activée principalement par les RTK

Facteur de croissance se lie au récepteur tyrosine kinase et elle dimérise, subit une autophosphorylation créant des sites de liaison

Grb2 recrute SOS qui active Ras et facilte l’échange de GDP pour GTP

Ras peut alors activer MAPKKK qui phosphorylera une MAPKK(MEK), ensuite MAPK(ERK)

GEF

Activation (stimule l’échange d’un GDP pour un GTP et favorise l’activité de la GTPase, SOS par exemple)

Accélère l’activation des protéines G, prolonge la dure d’activation

GDI

Inactivation (empêche la dissociation du GDP maintenant la protéine G dans un état inactif)

Prolonge l’inactivité et limite l’activation excessive

GAP

Stabilisation (augmente la capacité d’hydrolysation du GTP en GDP, favorise le retour au stade inactif)

Raccourci la durée d’activation, prévient l’hyperactivation des voies de signalisation

Les MAPK (RTK)

Grb2 recrute SOS, stimule l’échange de GDP pour GTP

Ras-GTP active Raf (MAKKK) qui phosphoryle et active MEK (MAPKK) qui phosphoryle et active ERK (MAPK).

ERK phosphoryle des facteurs de transcription dans le noyau régulant des gènes impliqués dans la prolifération et la différenciation cellulaire

La PLC (RTK)

PLC est recrutée, elle hydrolyse PIP2 en IP3 et DAG

IP3 se lie aux canaux ioniques qui relâchent le Ca2+

DAG active la PKC qui phosphoryle des protéines cibles influençant la croissance cellulaire, la contraction musculaire et la sécrétion hormonale

Les règles de Chargaff

3 ponts d’hydrogène :A(adénine)=T(tymine)

2 ponts d’hydrogène : G(guanine)=C(cytosine C)

Si 20% A; 20% T 30% G 30% C

A et G sont purines, T et C sont des bases pyrimidiques

Structure de l’ADN

désoxyribonucléotide (sans groupement OH en 2’)

A T G et C

Structure de l’ARN

ARN- ribonucléotide (groupement OH en 2’)

A U G et C, U en place de T

génome

l’ensemble du matériel génétique d’un organisme qui comprend tout l’ADN contenu dans une cellule- les gènes et les séquences non codantes

Est-ce que toutes les cellules d’un même organisme ont le même génome?

Oui, lors du développement embryonnaire, toutes les cellules proviennent d’une seule cellule initiale qui se divise et transmet le même ADN à toutes ces cellules filles par mitose. Elles ne s’expriment pas tous de la même manière mais le génome est identique

génomes procaryotes

• Dans le cytoplasme (nucléoïde)

• Circulaire

• Peu ou pas d’introns, gènes sont organisés en opérons

• Très peu d’ADN non-codant

• Présence de plasmides (ADN circulaire)

• Une seule origine de réplication

• Sans histones

• Division par scissiparité

• Échange des gènes par transfert horizontal

génomes eucaryotes

• Dans le noyau

• Linéaire

• Gènes avec introns et exons, pas d’opérons

• Majoritairement non-codant

• Rare présence de plasmides

• Plusieurs origines de réplication par chromosome

• Compacté en chromatine grâce aux histones

• Division par mitose et méiose

• Évolution par mutations et recombinaison génétique

Nucléosomes

ADN enroulé autour d’un complexe de 8 histones

Chromatine

nucléosomes empilés pour une compaction plus forte

Domaines chromatiniens

boucles et structures plus grandes facilitant l’organisation dans le noyau

Chromosome

niveau ultime de condensation avant la division cellulaire

Interphase- condensation de la chromatine

chromatine peu condensée

(euchromatine et hétérochromatine facultative, ADN sous forme décondensée permettant l’expression des gènes et la réplication en phase S)

Prophase/Début de la mitose - condensation de la chromatine

condensation progressive en chromosomes, chromatine se compacte pour former des chromosomes visibles au microscope

Métaphase- condensation de la chromatine

condensation maximale

Anaphase- condensation de la chromatine

très condensée

Télophase- condensation de la chromatine

décondensation progressive, chromosomes commencent à se dérouler en chromatine, membrane nucléaire se reforme

Euchromatine

décondensée et accessible, forme active de la chromatine où l’ADN est disponible pour la transcription, gènes sont activement transcrits

Hétérochromatine

très condensée, forme inactive de la chromatine, protège l’ADN et maintient la stabilité du génome, gènes peu ou pas transcrits

les étapes de la réplication de l’ADN

1. ouverture de l’ADN par l’hélicase qui déroule la double hélice d’ADN en brisant les liaisons hydrogène entre les bases azotées

2. ADN gyrase(topoisomérase) diminue la tension entre les 2 brins

3. ARN primase ajoute des amorces d’ARN sur chaque brin, servant de point de départ de la synthèse d’ADN

4. ADN polymérase III allonge les brins en ajoutant des nucléotides complémentaires dans le sens 5’-3’ (Brin directeur est une synthèse continue et le brin discontinu se fait de manière fragmentée à l’aide des fragments d’Okazaki car elle ne peut travailler que dans la direction 5’-3’)

5. ADN polymérase I remplace les amorces d’ARN par de l’ADN

6. L’ADN ligase relie les fragments d’Okasaki

télomères

séquence de 6 nucléotides non codante

télomérase

enzymes qui maintiennent la séquence

But des télomères et télomérase

Les brins discontinues raccourcissent à chaque réplication alors la télomérase ajoute des séquences répétitives aux télomères pour prévenir la perte d’information génétique

correction d’epreuve

(réparation de l’ADN quand il y a un mésappariement de nucléotide pendant la réplication)

Pendant la réplication de l’ADN Corrige les erreurs de mésappariement des nucléotides

ADN polymérase III ajoute le mauvais nucléotide et détecter l’erreur à cause de la distorsion dans la double hélice

Elle recule de sens 3’ – 5’ pour remplacer le nucléotide avec le bon

excision de nucléotides

(réparation de l’ADN quand il y a une mutation dans la séquence de l’ADN)

Après la réplication ou en réponse à des dommages sur l’ADN

Corrige des mutations causées par les UV, produits chimiques ou erreur non réparées

Détection du dommage

Endonucléase coupe l’ADN

Hélicase enlève le fragment endommagé

ADN polymérase I comble la brèche avec les bons nucléotides

ADN ligase relie le tout pour refermer l’ADN

conséquences d’une perturbation des mécanismes de réplication et de réparation de l’ADN

1. Accumulation de mutations- erreurs non corrigés

2. Développement de cancers

3. Maladies génétiques et syndromes associés

4. Vieillissement prématurée

Interphase

90% du cycle cellulaire

Phase G1

Croissance et préparation

Phase S

Duplication complète de l’ADN pour assurer que chaque cellule fille reçoive une copie exacte du génome

Phase G2

Vérification et préparation finale, synthèse des protéines nécessaires pour la mitose tel que la tubuline pour former le fuseau mitotique

Phase M

Mitose (divison cellulaire)

Prophase

condensation de l’ADN en chromosomes et formation du fuseau mitotique par les centrosomes, disparition de l’enveloppe nucléaire

Metaphase

alignement des chromosomes à la plaque équatoriale, fixation des microtubules du fuseau aux centromères des chromosomes

Anaphase

séparation des chromatides sœurs vers les pôles opposés de la cellule, les microtubules raccourcissent, tirant les chromatides

Télophase

décondensation des chromosomes, réapparition de l’enveloppe nucléaire autour de chaque groupe de chromosomes

Citocinèse

division finale du cytoplasme en deux cellules fille identiques

Animales- sillon de division grâce à un anneau d’actine et de myosine

Végétales- plaque cellulaire qui devient la nouvelle paroi

Somatique

cellules qui appartiennent au corps d’un organisme qui ne sont pas impliqués dans la reproduction (peau, muscles, neurones)

Germinal

cellules qui sont impliqués dans la reproduction et donnent naissance aux gamètes

Quiescent

une cellule en pause ou état de non-division, souvent en G0

Fission binaire

mode de reproduction asexué chez les procaryotes, cellule se divise en deux cellules filles génétiquement identiques après la réplication de l’ADN

Bourgeonnement

mode de reproduction asexué où un nouvel individu se forme à partir d’une excroissance/bourgeon sur l’organisme parent

Segmentation

premières divisions cellulaires rapides d’un embryon après la fécondation sans augmentation de taille, formant une morula

Plaque cellulaire

structure formée au centre d’une cellule végétale en division lors de la cytocinèse, évolue en une nouvelle paroi cellulaire

Point d’ancrage

structure ou molécule qui permet aux cellules de s’attacher à un substrat ou à d’autres cellules

Inhibition du contact

mécanisme de régulation cellulaire empêchant les cellules de se diviser lorsqu’elles sont en contact avec leurs voisines, son absence peut conduire à la formation de tumeurs

Point de contrôle G1/S

vérification que l’ADN est intact, que la cellule a une taille suffisante

Point de contrôle G2/M

vérification que l’ADN est complètement répliqué et que la cellule est prête à enter en mitose

Point de contrôle en métaphase (M)

vérification que tous les chromosomes sont correctement attachés aux microtubules du fuseau mitotique

Cyclines et kinases dépendantes des cyclines (CDK)

Contrôlent la transition entre les phases du cycle cellulaire

Association d’une cycline à un CDK forme le complexe protéique MPF nécessaire pour passer de point de contrôle G2 et stimuler la mitose

l’apoptose

Mort cellulaire programmée, élimination des cellules inutiles ou endommagées, détruit les cellules infectées par des virus, contrôle le nombre de cellules dans un tissu, empêche la prolifération excessive

la nécrose

une mort cellulaire accidentelle causée par un dommage externe

(l’apoptose est un mécanisme de mort cellulaire programmée bénéfique pour l’organisme)

Mécanisme générale de l’apoptose

Contraction de la cellule dû à la condensation de la chromatine et la protéolyse du cytosquelette

Intégrité de la membrane cellulaire n’est jamais compromise

La membrane peut bourgeonner et se détacher de la cellule

La cellule est ensuite phagocytée et dirigée par une cellule phagocytaire du système immunitaire