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09/09 Interactions et dynamiques 2 A. Pourquoi communiquer ? - Généralités La cellule intégré de nombreux signaux qui régulent ses grandes fonctions Sans signaux, la cellule ne peut pas survivre. La cellule a besoin de signaux extérieurs. La signalisation cellulaire : com...

09/09 Interactions et dynamiques 2 A. Pourquoi communiquer ? - Généralités La cellule intégré de nombreux signaux qui régulent ses grandes fonctions Sans signaux, la cellule ne peut pas survivre. La cellule a besoin de signaux extérieurs. La signalisation cellulaire : comment le corps répond à ce signal. Elle regroupe tous les phénomènes pour répondre à l'environnement. Mais en vrai c'est pour répondre à son environnement au signaux qu'elle reçoit. Les signaux viennent de l'extérieur, des autres cellules, mais c'est une petite partie de la signalisation. Il y a beaucoup de cellules membranaires ou intracellulaires qui permettent à la cellule de bien répondre. Dictyostelium disoïdum : Petite amine multicellulaire qui a la possibilité de prendre plusieurs aspect. Ex : limace qui peut se déplacer pour se nourrir, mais si elle n'a pas de nourriture, elle va se différencier comme un espèce de champignon avec une tête avec des spores, qui peuvent se disperser, qui sont unicellulaires qui peuvent se regrouper en espèce multicellulaire. Laboratoire : La pipette a donné un signal et les cellules se rapprochent du signal = communication. Chimiotactisme ( désigne le mouvement orienté d'une cellule ou d'un organisme en réponse à un gradient de concentration chimique dans son environnement.) Les cellules captent le signal, répondent et se dirigent vers le signal. De quoi la cellule à besoin pour faire la Chimiotactique ? La cellule a besoin de récepteur pour capter signal. Le signal entraîne un déplacement et a besoin d'énergie. ( Pas de flagelle ) La cellule va mourir avec signal d'apoptose. Cela peut être éviter si la cellule reçoit des signaux de survie ou des signaux de division cellulaire ou de différenciation cellulaire. Les signaux peuvent venir d'autre cellule, c'est un échange de signaux. Les différents modes de communication Endocrine : cellule éloignée, les signaux vont dans la circulation sanguine ou lymphatique. Paracrine : cellule proche, le signal n'emprunte pas de circulation sanguine. Ça peut être tellement proche qu'on parle de synapse, c'est une spécialisation. Le rapprochement cellulaire pour que les neurotransmetteurs vont rapidement dans la cellule cible mais pas de contact ! Cela peut être pour deux cellules neuronales ou 1 cellule neuronale et un muscle. 2 types d'échange par contact : - Par ligand ( recherche ? )(Absence de diffusion) - Par jonction ( jonction gAP, passage direct ) Coordonner la réponse cellulaire : Il peut avoir besoin qu'un ensemble de cellule réponde au signal de la même façon. Autocrine : se stimule toute seule - Toutes possèdent un même récepteur ( sont stimuler ) et peuvent sécréter un signal. - Tous les signaux ne sont pas sécrétés par la même cellule - Auto stimulation d'un groupe de manière coordonnée Signalisation = rencontré de 2 molécules ( ligand, récepteur...) La signalisation va dépendre de la concentration de chaque molécule. BCP / PAS BCP La signalisation dépend de l'affinité des cellules ensemble, concentration et la capacité de former un complexe, conformation cellule. Comment mesurer l'affinité ? La signalisation dépend de la capacité d'interaction qui peut être modifiée par des phosphorylations par exemple. La phosphorylation est effectuée par une kinase. La déphosphorylation est effectuée par une phosphatase. La kinase phosphorolyse sur thréonine ou tyrosine. Signalisation = modification moléculaire Par association de 2 molécules Un ligand se fixe sur un récepteur Par modification post traductionnelle Glycosylation Phosphorylation La phosphorylation peut modifier l'affinité mais aussi modifier la conformation de la protéine du coup son affinité est modifiée pour d'autres molécules et donc sa capacité à interagir. Dans le cas d'une enzyme, cette phosphorylation peut activer ou inhiber l'activité. Elle peut être reconnue spécifiquement par certaines protéines. Comment les cellules communiquent-elles? Molécules chimiques porteuses du signal - Solubles: Hormones, facteurs de croissance…. - Insolubles: matrice extracellulaire - Présentes sur d’autres cellules Des récepteurs de surface ou intracellulaires Des molécules intracellulaires qui transmettent l’information Intérieur : molécule qui vont servir à la signalisation Ligand sur récepteur = change de conformation = molécule de signalisation activé = production de la molécule de signalisation en grande quantité = 2nd messager = relais d'information. Principe de signalisation Les signaux se propagent grâce à des interactions entre molécules Les différentes cibles des voies de signalisation - Enzymes métaboliques - Flux métabolique - Facteurs de transcription - Expression des gènes - Cytosquelette - Formes des cellules et mouvement Si on modifié le flux métabolique on modifié le fonctionnement de la cellule La vitesse de réponse dépend du type de réponse lui même. Ramide : L'activité de l'enzyme va produire des changements direct Lent : Expression des nouveaux gene = libération enzyme qui vont modifier transcription de certains gênes Des arn qui vont être surproduction vont impacter la production de la cellule donc plusieurs étapes B. Intérêt à l’étude des voies de signalisation Un modèle de signalisation paracrine: la néo-angiogénèse tumorale Angio -> Mise en place des vaisseaux sanguins Vaisseaux composé de cellule endothéliale Non angiologie : formation de nouveaux vaisseaux diriger par la tumeur : cellule qui se divisent alors qu'elle devrait pas , elles sont très éloignée Les cellules du centre ne sont plus nourriture Les autres cellules vont évoluer dès signaux qui sont de prolifération ou de chimiotactisme. Ces facteurs activent des voies de signalisation Cellule cancéreuse envoient des facteurs de croissance (VEGF ) reçut par récepteur VEGF = activation = voies de signalisation avec des cellules de transduction du signal jusqu'à l'activation de certains gènes qui permet à la cellule endothéliale de proliférer et de se diriger vers la tumeure. ABSTIN : bloque la réception des signaux des cellules cancéreuses sur les récepteurs. La connaissance de ces voies permet le développement de molécules anti-tumorales C. Spécificité de réponse et récepteurs La spécificité de réponse Pas de récepteur, pas de signal... 1er niveau de spécificité : récepteur Lorsqu’on s'intéresse à une voie de signalisation toujours vérifier quels récepteurs sont exprimés par les cellules 5 catégories : Canaux : - Ce sont des récepteurs qui laisse le passage d’ions qui induit un phénomène RCPG Molécule d'adhérence Récepteur à activité enzymatique - Il porte lui-même l’activité enzymatique, que ce soit molécules d'adhérence cellulaire cellule ou cellule matrice. Souvent on parle d'adhésion mais adhérence c'est mieux.  Récepteur intracellulaire : - Ex : guanine cyclase. Localisation : - Intracellulaires pour récepteur intracellulaire. - Transmembranaire pour le reste Récepteur intracellulaire type : Aux hormones stéroïdiennes, toutes dérivées du cholestérol, elles sont lipidiques et hydrophobes = elles franchissant les membranes. Ex : cortisol Elles vont traverser la membrane, par le noyaux par exemple et se retrouve directement en contact avec des facteur régulateur de la transcription qui vont directement modifier la transcription des gènes. Les hormones stéroïdiennes traversent la membrane plasmique (endocrine – récepteur nucléaire) Récepteur cytoplasmique ou nucléaire Récepteur à l’acide rétinoïque (vitamine A-rétinol) RA acite trans rétinoïque 4 grandes familles de récepteurs membranaires Ils sont stimulés par des molécules rien à voir les unes avec les autres. D. Les molécules relais de la signalisation La spécificité des réponse Le récepteur n’est pas le seul responsable de la spécificité Chaque cellule est équipé spécifiquement intracellulaire Molécules intracellulaire de signalisation vont jouer un rôles dans la réponse cellulaire Les molécules relais du signal 1. Les protéines G hétérotrimériques Il a 7 domaines transmembranaires Le ligand se fixe. La Protéine g peut se fixer au gdp ou gtp. Avant que le ligand se fixe, alpha est attaché à un gdp, le ligand se fixe et le gdp part et le gtp vient se fixer, alpha perd ensuite son affinité pour le récepteur et pour Bêta et gamma. Alpha, bêta et gamma induisent des signalisation, parfois c'est une cinergie mais parfois non. Si le gtp est hydrolysé, alpha peut revenir s'attacher à Bêta gamma et récepteur. 10/09 Les Protéines G Hétérotrimériques Souvent la sous unité alpha qui va donner un nom à la protéine g hetero. Déconnexion de la protéine G Le récepteur perd le ligand. L'activité de alpha porte gdp ensuite échanger en gtp quand ligand s'accroche. Alpha activité phosphatase Gdp en gtp = échange pas phosphorylation Gtp à gdp = hydrolyse du phosphate, le phosphate est enlevé par phosphatase 2. Les seconds messagers a) AMPc et GMPc Les seconds messagers sont des molécules petites et diffusibles dans la cellule. Elles sont produites en grande quantité = qualification du signal. AMPc (adenyl cyclase) GMPc (guanylyl cyclase) L’activité guanylyl cyclase peut être porté directement par un récepteur Le niveau ampc global est important Même chose gtp. Autre second messager : IP3 et DAG Ils proviennent du Pi qui va être phosphorylé pour donner le PiP puis encore PIP2 puis … b) Calcium Le REL est le siège de la rétention du calcium : c'est un réservoir de calcium dans la cellule et quand IP3 va sur récepteur, le contenue en calcium va se vider dans le cytoplasme. Le calcium peut être libéré par REL ou rentrer dans la cellule par canaux calciques membranaires. Tous se qui régule le calcium va avoir un impact sur la cellule ( entrée ou sortie ) c) NO : monoxyde d'azote Produit par une NO synthase Le NO :un gaz qui régule la contraction musculaire signalisation paracrine Il peut faire relâche les fibres musculaire lisses Les muscles lisses entourent les gros vaisseaux pour contraction. Second messager des protéines G hétérotrimériques Un second messager est commun à de nombreuses voies de signalisation Plusieurs seconds messagers peuvent être stimulés pour la même voie de signalisation. Second messager des protéines G hétérotrimériques Ces deux voies sont activé par des RCPG, sous unité activé adelyl et une autre plc bêta ( calcium ). Ces deux voies peuvent être concomitante et être activé par la même protéines G. 3. Les interrupteurs moléculaires: les petites protéines G Les interrupteurs moléculaires Une même stratégie : La présence ou l'absence d'un Pi peut amener une protéine en conformation activé ou inactive Modification réversible : hormones moléculaire / Interrupteur binaire Interrupteur : on va pouvoir activer une voie ou l'éteindre Les voies de signalisation sont régulés dans le temps Les voies de signalisation sont temporaires. Elle peut être ouverte ou fermée. Par Ajout ou retrait d'un gtp ou d'un phosphate OFF : gtp hydrolysé en gdp 4. Les kinases/phosphatases et cascades de phosphorylation On a une kinase qui va phosphoryler la molécule de signalisation et une phosphatase qui va la déphosphoryler pour revenir à l'état basale Une kinase peut être soluble dans le cytoplasme ou dans le récepteur. Commun kinase : fonction de phosphorylation ? Quand une protéine est phosphorylé, ces protéines peuvent être reconnues par d'une molécule. Les serines/thréonine kinases Les tyrosines kinases Les phosphorylations produites induisent des changements de conformation Elles peuvent être reconnues par d’autres molécules. Domaine d’interaction entre protéines ➔ Domaine SH2: Src homology region 2, c'est un domaine protéique présent dans de nombreuses molécules de signalisation. ➔ Domaine PTB: Phopho Tyrosine Binding Elles peuvent reconnaître des protéines à phosphorylé. Ils se lient aux tyrosines phosphorylées soit par le COOH terminal de cette séquence (SH2) soit par le N terminal (PTB). Ils permettent aux molécules de signalisation d'interagir les unes avec les autres. ⚠️ Elles ne sont pas protéines mais des domaines de protéines !  ➔ Domaine SH3: Src homology region 3, c'est un domaine protéique présent dans de nombreuses molécules de signalisation. Il se lie à des séquences en acides aminés riches en Proline. Ils permettent aux molécules de signalisation d'interagir les unes avec les autres. ⚠️ SH3 EST UN DOMAINE MAIS PAS UN DOMAINE DE RECONNAISSANCE DE PHOSPHORYLATION⚠️ SH3 sert dans les Cascade de phosphorylation même si il ne phosphoryle pas. ( savoir refaire un schéma comme ça ) 5. Diffusion et amplification du signal  Diffusion du signal dans la cellule molécule soluble peut activer 3 types de molécules différentes Amplification du signal Si on activé une kinase = plusieurs molécule produite 6. Interconnexion des voies de signalisation Ces voies ne sont pas tout le temps linéaires et peuvent avoir des interconnexions inter connexion -> quand différente peuvent stimuler la même protéine. Plusieurs voies interagissent « cross-talk » pour réguler un signal A et B en amont et Y en aval Les deuxième dessin forment une kinase  - Les molécules informatives agissent en combinaison –> Nombre limité de molécules. - Réponse à des séries complexes de stimuli → reconnaissance d'un profil. - Peu de voies sont linéaires→ contrôle simultané de nombreux systèmes effecteurs. - Architecture hautement connectée→ robustesse du système. Les GTPases ou petites protéines G Exemple d'interconnexion entre les voies des GPCR et des récepteur à activité kinase 7. Modulation du signal Les protéines régulatrices module l’activité de la MAPK et donc les réponses cellulaires Pour rendre le signal réceptif ERK peut être à l'origine de plusieurs réponses cellulaire Modulation du signal par désensibilisation Modulation du signal: les complexes préformés E. Exemples de signalisation a) Les canaux ioniques Types de canaux ioniques : Ligand : - Pour ouvrir ou fermer Toujours ouvert : - dépend de la concentration Ouvert mécaniquement : - dépend de la pression Voltage dépendant : - chargé ext vs charge int = ouvert ou pas ( potentiel de membrane ) - Peuvent être simple, complexe ( pas dans la même direction ) b) La CFTR un canal chlorure ATP dépendant Cela permet au chlore de sortir de la cellule Il a 12 segment transmembranaires ( grande protéines ) Il a plein de domaines intracellulaires différents. Il a 2 domaines ( Nbd 1 et 2 ). Lorsqu'on fixe un atp = change de conformation. Fixe un deuxième atp : deux domaines interagissent ensemble et ça ouvre le pore = chlore sort. Si on enlève atp 1 ça reste ouvert mais si c'est les 2 ça se ferme. Il a un effet sur bcp d'autre canaux, comme eNaC ou ORCC ou sur le transport d'eau + la protéine est grande, + elle peut être la cible de mutation. : Délétion de la phénylalanine en position 508 La pathologie qui en résulte est la mucoviscidose ou cystic fibrosis Incidence en France 1/4500 naissances Bretagne 1/377 naissances