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Bases de la signalisation cellulaire Professeur : GUIGNANDON FC N°11b Date : 05/10/2023 SOMMAIRE I. CODAGE ET EMISSION DU SIGNAL ............................................................................................................................................. 1 1. RETROCONTROLE (OU FEED...

Bases de la signalisation cellulaire Professeur : GUIGNANDON FC N°11b Date : 05/10/2023 SOMMAIRE I. CODAGE ET EMISSION DU SIGNAL ............................................................................................................................................. 1 1. RETROCONTROLE (OU FEED-BACK) ................................................................................................................................................. 1 2. DIFFERENTS TYPES DE COMMUNICATION.......................................................................................................................................... 2 II. SIGNALISATION ET TRANSPORT DU CALCIUM .......................................................................................................................... 4 1. TRANSPORT DU CALCIUM ............................................................................................................................................................. 4 2. CONTROLE DE L’HOMEOSTASIE CALCIQUE INTRACELLULAIRE ................................................................................................................. 7 En cas de questions sur ce cours, vous pouvez écrire à l’adresse suivante : [email protected] Les règles de courtoisies sont à respecter lors de l’envoi d’un mail. L’équipe des tuteurs se réserve le droit de répondre ou non à un mail. En cas de questions récurrentes, les tuteurs pourront faire un point lors des colles hebdomadaires. I. Codage et émission du signal 1. Rétrocontrôle (ou feed-back) RETROCONTROLE → NOTION TRES IMPORTANTE • Le changement de l’état de la cellule induit par la réception d’un signal affectera en retour l’émission du signal. (Il y a une boucle, quand on émet un signal, il y a émission d’un nouveau signal en réponse à ce signal) Définition • Les cellules ou systèmes de communication sont dépendants les uns des autres, en échange permanent. • De manière directe ou indirecte • Amplification du signal de départ Feed-back positif • Peu nombreux en physiologie, ils sont plutôt pathologiques comme dans la cancérogénèse où on aura une amplification du la réplication sans aucun contrôle • Le plus présent en biologie • Inhibition du signal de départ qui va permettre le maintien de l’homéostasie c’est-à-dire le maintien de l’équilibre des systèmes 1. La cellule Z reçoit un signal de fabrication du message A (rond) 2. Le messager A est perçu spécifiquement par la cellule Y 3. La cellule Y fabrique un messager B (triangle) → l’action cellulaire du messager A est de faire fabriquer B 4. Le messager B est perçu spécifiquement par la cellule Z 5. La cellule Z diminue la synthèse de A → l’action cellulaire du messager B est d’arrêter la fabrication de A (= levée d’inhibition) Feed-back négatif  Donc la concentration de A n’est jamais excessive car sa fabrication est sous contrôle de B et la quantité de B n’est jamais excessive non plus car elle dépend également de A : les 2 systèmes sont en équilibre. 1 2. Différents types de communication DE PROXIMITE • Les médiateurs peuvent être : o Sécrétés à proximité de la cellule cible par des cellules voisines. Ils sont rapidement détruits. Paracrine = à côté o Toutes les cellules qui se touchent communique entre elles. Par exemple, les cellules épithéliales sont toutes liées entre elles mais ces liens ne servent pas uniquement à les souder entre elles mais établissent des connexions pour communiquer o Attachés à la membrane d’une cellule et se lie aux récepteurs membranaires de la cellule cible ▪ Ex : lymphocyte dans le processus de l’immunité o (Lien avec les cadhérines, voir cours sur l’adhérence cellulaire) • Action du signal sur son propre récepteur (une cellule sécrète un messager pour elle-même), elles s’envoient un signal à elles-mêmes Autocrine • Sécrétion d’un signal soluble à l’extérieur par la cellule o Action sur un de ses propres récepteurs transmembranaires • Cellule émettrice = cellule cible • Action de la matrice extracellulaire sécrétée par la cellule ou les cellules avoisinantes sur le comportement de la cellule via les récepteurs de la matrice extracellulaire (=intégrines) Matricrine • (Sera revue dans un autre chapitre) • Une cellule sans signaux matricrine ne peut pas survivre 2 A DISTANCE • Des cellules spécialisées sécrètent des hormones dans le sang circulant et se distribue dans tout l'organisme • Mécanisme assez lent (quelques secondes à quelques heures) • Récepteurs des cellules cibles de haute affinité (=capable de faire une liaison faible avec des molécules qui sont très diluées) (car dilution des hormones dans le sang très importante) • Le prof a précisé qu’il n’interrogerait pas spécialement sur ça Endocrine • Corps cellulaire du neurone émetteur peut être à distance de la cellule cible • Transmission du message par le biais d’un long prolongement cellulaire, l’axone, parcouru par des potentiels d’action stimulant la libération de neurotransmetteurs dans la fente synaptique • Propagation du message par dépolarisation de la membrane • Communication à très haute fréquence • Enormément de messagers relargués dans la fente synaptique Transfert synaptique • Synapse petite donc concentration haute et récepteurs des neurotransmetteurs en nombre • Réponse cellulaire très rapide 3 II. Signalisation et transport du calcium SIGNALISATION ET TRANSPORT DU CALCIUM • Messager secondaire très classique Calcium Ca2+ Concentration en calcium Chiffres pas à retenir • Transmet des informations perçues par la membrane plasmique à des cibles intracellulaires dans toutes les étapes de la vie o Fécondation, développement embryonnaire, fonctions physiologiques (contraction musculaire, sécrétion, mémoire, transport nucléo-cytoplasmique …) • Extracellulaire : toujours très élevée (1,8 mmol/L) • Cytosolique : basse (10−4mmol/L) mais peut s’élever rapidement (10 µmol/L) o Cette élévation rapide du Ca2+ est appelée le signal calcium o Important à réguler 1. Transport du calcium TRANSPORT DU CALCIUM • Entrée (influx) de Ca2+ venant du milieu extracellulaire via des canaux calciques, suit le gradient de concentration Causes de l’augmentation de la concentration intracellulaire en Ca2+ • Libération à partir des citernes internes du REL ou du réticulum sarcoplasmique (cellules musculaires lisses) qui contiennent beaucoup de calcium lié à des protéines (calséquestrine, calréticuline endoplasmine) • La cellule puise soit en externe soit en interne suivant ces besoins • Augmentation transitoire : vite augmenté puis vite de retour à l’état normal Attention à ne pas confondre le Ca2+ cytoplasmique et la Ca2+ intracellulaire dans les citernes du REL • Calcium expulsé par des pompes en rechargeant le REL, on observe donc un retour à l’équilibre, c’est la fin de la réponse • Possibilité de suivre les variations de la concentration intracellulaire de calcium en fluorescence avec le FURA-2 Suivi • Par ex, l’ATP peut induire un signal calcium et on voit que la concentration de Ca 2+ intra-cytosolique augmente en quelques secondes seulement (on les observe en rouge en fluorescence) 4 • Canaux calciques potentiel-dépendants sur la membrane plasmique qui fonctionnent par diffusion facilitée donc sans consommation d’énergie • Canaux du réticulum pour mobiliser les réserves de Ca2+ ionique du REL avec un système de transduction plus compliqué Origine de l’augmentation du calcium cytosolique o Grâce à des récepteurs à l’IP3 à la surface du réticulum : la transmission du signal de certaines hormones sur des récepteurs engendre l’hydrolyse des phospholipides membranaires par des phospholipases. Cette hydrolyse produit de l’inositol 1,4,5-triphosphate (IP3) (n’interroge pas sur le nom) qui est un second messager. Il décode tous les messages que la cellule peut recevoir. o L’IP3 se lie ensuite à un récepteur de la membrane du REL (canal calcique récepteur) ce qui permet la libération des réserves de calcium des citernes en direction du cytoplasme. • Retour à l’équilibre très rapide Extinction du signal calcium • Transports actifs • Grâce à des pompes à calcium (ATPases) qui : o Enferment les ions Ca2+ dans le REL ou échangent le Ca2+ avec des ions Na+ 5 MECANISME • Membrane plasmique avec son double feuillet de phospholipides surtout feuillet interne le plus utilisé Acteurs importants • REL • Calcium • Récepteur IP3 • Récepteur du message ligand extracellulaire 1) Un ligand extracellulaire qui peut être une hormone (insuline) se fixe sur un récepteur de la membrane plasmique 2) Le récepteur active des protéines G (en changeant leur conformation) qui vont-ellesmêmes recruter d’autres molécules cytoplasmiques comme la phospholipase C (PLC) 4) La phospholipase C liée à une protéine G va se retrouver ancrée à la membrane plasmique et va être activée 5) Elle pourra alors hydrolyser (=couper) les phospholipides de la membrane plasmique notamment le phosphatidyl inositol en DAG et en IP3 (messager secondaire) • Change la fluidité et les propriétés mécaniques de la membrane 6) Les IP3 vont ensuite aller saturer tous les sous domaines du récepteur à l’IP3 du REL 7) Ce récepteur qui est aussi un canal calcique va alors s’ouvrir de façon passive Attention : l’IP3 ne rentre pas dans le REL, il permet juste d’ouvrir le récepteur Schéma 8) Le calcium libéré dans le cytoplasme va interagir avec des protéines dépendantes du Ca2+ (comme la Calmoduline Kinase) et déclencher des cascades de réactions biochimiques qui participent à la réponse de la cellule 9) La cellule interprète le signal : prolifération, différenciation 6 2. Contrôle de l’homéostasie calcique intracellulaire CONTROLE DE L’HOMEOSTASIE CALCIQUE INTRACELLULAIRE Calcium ATPases / pompes à calcium • Les calcium ATPases sont localisées : sur tous les organites, sur la membrane plasmique et sur la membrane du REL, permet de mettre fin au signal calcium • Le transport est actif, le calcium se déplace contre son gradient électrochimique • Schéma bilan qui récapitule le signal calcium ainsi que les systèmes de transport et la signalisation Échangeur Na+/Ca2+ 7