Signalisation Cellulaire et Modifications Protéiques

• La biologie de la cellule étudie la structure, la fonction et le comportement des cellules.
• La cellule est l'unité fondamentale de la vie.
• Les thèmes principaux incluent les cellules procaryotes, eucaryotes et archées, ainsi que les cellules animales et végétales.
• Le comportement cellulaire comprend la prolifération, la survie, la mort, la migration, la spécialisation et la différenciation.
• Les interactions cellule-pathogène sont également un thème central.
• La biologie cellulaire utilise des approches telles que la microscopie.
• La biologie cellulaire étudie la culture cellulaire et l'étude du métabolisme
• Les approches génériques, la structure et fonction des compartiments subcellulaires
• La biologie cellulaire étudie le trafic intracellulaire.
• Elle étudie aussi les communications cellulaires, les cycles cellulaire, la mort cellulaire
• Les approches intégrées se font par la biologie des systèmes combinées aux approches globales d'informatique.
• Les principes fondamentaux en biologie se rapportent à la prolifération cellulaire, la mort cellulaire, l'adhérence, à la migration et la pathologie cancéreuse.
• La prolifération cellulaire comprend l'entrée dans le cycle (G0/G1), la progression dans le cycle (G1/S/G2/M) et la surveillance du cycle cellulaire.
• Le micro-environnement contient de nombreux signaux.
• La communication cellulaire implique des récepteurs et la transduction du signal.
• Les réponses cellulaires se produisent au niveau transcriptionnel, traductionnel et post-traductionnel.
• La quantité de protéines est affectée par la transcription, la traduction et la dégradation.
• Les modifications post-traductionnelles comprennent l'ubiquitination, la dégradation, le clivage et la formation de complexes.
• La liaison covalente de groupements chimiques par des enzymes spécialisées (phosphorylation, méthylation, glycosylation, etc.) est une modification post-traductionnelle.
• Le contrôle de la localisation intra-cellulaire influence les associations cellulaires.
• La production de signaux est régulée.
• La cellule répond aux signaux en les recevant et en les transmettant au niveau intracellulaire par transduction.
• Au niveau moléculaire, une cascade est initiée par l'interaction d'un ligand.

Communication Cellulaire

• La communication cellulaire utilise le contact direct, la communication paracrine,la communication endocrine et la communication synaptique.
• Il existe 4 grandes familles de récepteurs
• La "réception" fait référence aux molécules de signalisation, ligands, récepteurs et voie de signalisation.
• La liaison de ligands hydrophiles se fait aux récepteurs de surfaces, tel que l'EGF (Epidermal Growth Factor).
• Les ligands hydrophobes diffusent à travers les membranes telles que les hormones stéroïdes, thyroïdiennes, et la vitamine D.
• Les récepteurs ionotropiques forment des canaux chimio-dépendants (ex: récepteur nicotinique de l'acétylcholine.
• Les récepteurs enzymatiques fonctionnent comme une enzyme ou couplés à une enzyme.
• L'activité de la tyrosine kinase sert d'exemple pour les récepteurs dimériques à activité tyrosine kinase (RTK).
• La communication cellulaire qui utilise des Récepteurs couplés à une protéine G hétérotrimérique possède un relai entre le récepteur et la protéine effectrice en utilisant l'adénylate cyclase.
• L'AMP cyclique (AMPc) est synthétisé par l'adénylate cyclase suite à son activation par la sous-unité Ga-GTP.
• L' AMP cyclique (AMPc) est un « second messager »; il diffuse dans le cytosol et active des cibles, par exemple la protéine kinase A (PKA), permet d'initier et d'amplifier rapidement la signalisation intracellulaire.
• Les récepteurs nucléaires sont constitués d'un domaine de liaison du ligand et d'un domaine de liaison à l'ADN (ex: récepteurs des hormones thyroïdiennes T3/T4).
• Au niveau molécualire, la cascade est initiée par un ligand avec un récepteur d'un système "plastique".
• Il peut avoir:
  • un ligand avec un récepteur
  • un ligand avec plusieurs récepteurs
  • plusieurs ligands avec un récepteur
• Des récepteurs différents peuvent causer des réponses différentes avec le même ligand, il peut aussi interagir avec différents types cellulaires (ex: acétylcholine)

Micro-environnement

• Les signaux du micro-environnement sont interprétés par des macrophages.
• Ils sont mobilisés pour éliminer les les pathogènes, et réparer les tissus endommagés
• Un récepteur unique comme TLR4 (Toll-Like Receptor 4) peut provoquer, selon le ligand, une réponse différente.
• Si le ligand est LPS (lipopolysaccharide), il y aura inflammation.
  • S'il Tenascin-C (une protéine de la matrice extracellulaire), il y aura réparation tissulaire.

Introduction Générale

• Elle se décline comme suit
  • L'environnement cellulaire contient des signaux
  • La communication cellulaire communique des signaux par les récepteurs lors de la transduction
  • Les réponses cellulaires aux niveaux transcriptionnel, traductionnel, post-traductionnel engendrent des effets sur la quantité de protéine par la transcription, la traduction et la dégradation.
  • La quantité de protéine sera aussi touchée par des modifications post-traductionnelles.
    • L'ubiquitination, la dégradation, le clivage.
    • La formation de complexes (Association/Dissociation de partenaires)
    • La liaison covalente de différents groupements chimiques par des enzymes spécialisées (phosphorylation, méthylation, glycosylation, etc.) est une modification post-traductionnelle.
  • Le contrôle de la localisation intra-cellulaire influence les associations cellulaires.

Réponses Cellulaires aux signaux externes

• Les modifications du taux protéiques (quantité) inclus l'ubiquitination/ dégradation.
• Les modifications de la fonction de la protéine (qualité) ont un effet rapide.
• La transcription/traduction a un effet lent.

Importance des modifications post-traductionnelles

• Il ya deux types de modification,
• La quantité absolue de protéines se fait par une synthèse (transcription/traduction) ou à travers l'ubiquitination et la dégradation.
• La qualité (activité) se fait par:
  • clivage interne
  • Association protéine-protéine
  • Liaison covalente de différents groupements
    • Phosphorylation
    • Méthylation/acétylation/hydroxylation
    • Glycosylation
    • Acylation (membranes)
    • Mono-ubiquitination
    • Etc...
• La quantité d'une protéine à l'instant t dans la cellule résulte est un équilibre entre la synthèse et sa dégradation à travers les ribosomes et les protéasomes.
• L'expression génétique à comme étapes suivantes:
• Dans le noyau, Il y a la synthèse des ARN messagers (ARNm) à partir des gènes contenus dans l'ADN.
• Dans le cytoplasme, il y a la synthèse des chaîne polypeptidiques à partir des ARNm par le ribosome

Transcription et Traduction

• La transcription, étape de l'expression génétique et dogme de la biologie moléculaire, a de nombreux niveau de régulation dont l'état de la chromatine.
• Le degré de condensation de la chromatine module son aptitude à être transcrite. -La fibre de 30nm et est de l'euchromatine et l’hétérochromatine(inactive -L'acétylation et méthylation des histones influe l'état de chromatines ainsi que leur transcription. -Rappel: les gènes eucaryotes sont morcelés: -La structure du gène inclut les exons et introns
• La régulation de l'initiation de la transcription détermine le taux de transcription par une liaison de l'Arn polymérase.
• Pour que l'Arn se lie dans le noyau cellulaire, Le facteur activateur de la transcription autorise les ARN polymérase.
• Un exemple est la réponse cellulaire à l'activation de la transcription de l'hormone thyroïdienne (hydrophobe) et son récepteur nucléaire.
• L’activation de la transcription, implique l'état de la chromatine, l'initiation de transcription, l'élongation, la terminaison, la maturation, la capilisation de l'ARN.
• L'exemple de la réponses cellulaires à un facteur de croissance, affectera le noyau, jusqu'a la transcription d'ARNm, et leur traduction.

Ubiquitination et Dégradation

• Il existe le système Ubiquitine – Protéasome
• Il existe des coeurs catalytiques en forme de tonneaux.
• Chaque anneau protéique 20S possède 7 sous-unités α et β.
• La protéolyse est indépendante d'ATP.
• L'activité protéase est stimulée en cas de substrats dénaturés et dépliés.
• le système Ubiquitine – Protéasome est aussi présent dans les protéasomes 26S
• C'est un complexe multi-protéique d'environ 2 millons kDa.
• Le coeur catalytique central est un proteasome 20 S ou Multi-Catalytic Protéase
• Il existe environ ± 2 complexes 19 S, lequel reconnaît les substrats à dégrader (mécanisme dépendant de l'ATP)
• Dégradation de protéines par un marquage covalentes
• Deux étapes dans ubiquitination
• Ubiquitine protéine de 76 acides aminés avec 6 Glycine
• Liaison isopeptidique
• Mécanisme
• complexes multimeriques de 3 enzymes
• Ub ligases exemple E3
• Ajout étiquette avec Ub ligases puis dégradation

Clivage Interne

• Activer les caspases, car ce sont des protéases apoptotiques

Liaison non-covalente de differents groupements

• Les modifications post-traductionnelles incluent:
• Localisation.
• L'activité du signal"signal input" passe par une enzyme qui se stabilise ou se dégrade via "turn over".
• Il s'y trouve un "Signal outcome" afin de déterminer la conformation moléculaire et liaisons.

Phosphorylation

• une liasion covalente de différents groupement est aussi importante

Divers

• La dégradation des protéine de la cellule via, QUANTITE ABSOLUE : dans la cellule A: transcription/traduction B : Ubiquitination/ dégradation
• La régulation d'adresse aux sous-unités se fait via QUANTITE RELATIVE : dans des compartiments précis C : QUALITE (activité) a. Clivage interne b. Association protéine-protéine c. Liaison covalente de différents groupements
• Phosphorylation, Méthylation/acétylation/hydroxylation, Glycosylation et Acylation des membranes
• Une importation dans le RE (reticulum endoplasmique) se fait par: N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu- Gin-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gin-
• Une rétention dans le RE se fait par: Lys-Asp-Glu-Leu-COO- (= KDEL) Lys-Lys-X-X-COO- (= KKXX) L'Importation dans le noyau se fait avec une séquence spécifique au noyau (=NLS): Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Arg-Val-
• L'importation dans la mitochondrie se fait par: N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg- Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys- Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-
• L'importation dans le peroxisome se fait avec la séquence (= PTS)
• Ser-Lys-Leu QUANTITE RELATIVE : exemple de la régulation de l'import nucléaire
• Elle Repose sur la présence de séquences protéiques d'adressage via le signal NLS pour l'import, et de motifs de reconnaissance des importines

Conclusions

• Du génome au protéome : augmentation importante des possibilités !