UPEC2 biocell Fiche1 communication et signalisation.pdf

UE : BIOLOGIE CELLULAIRE ET SIGNALISATION Université Paris Est Créteil L2SPS FICHE N°1 :Communication et signalisation cellulaire 1. Généralités : ............................................................................................................................................................

UE : BIOLOGIE CELLULAIRE ET SIGNALISATION Université Paris Est Créteil L2SPS FICHE N°1 :Communication et signalisation cellulaire 1. Généralités : ............................................................................................................................................................. 1 1.1. Vue d’ensemble de la communication cellulaire : ............................................................................................. 1 1.2. Principe de communication cellulaire ............................................................................................................. 3 1.3. Principe de signalisation cellulaire ................................................................................................................. 3 1.4. Régulation de la signalisation........................................................................................................................ 4 2. Signalisation par les récepteurs membranaires .............................................................................................................. 4 2.1. Les principales familles de récepteurs membranaires ....................................................................................... 4 2.2. Signalisation par les récepteurs enzyme tyrosine-kinase (RTK) ......................................................................... 5 3. Récepteurs membranaires couplés à une enzyme ........................................................................................................... 6 3.1.1. Exemple du récepteur de l’EGF : principales étapes et voies de signalisation ....................................... 6 3.2. Signalisation par les récepteurs enzyme Récepteurs sérine/thréonine kinase ...................................................... 9 3.2.1. : Exemple du récepteur du TGFβ .................................................................................................... 9 4. Signalisation par les récepteurs couplés aux protéines G ............................................................................................... 10 4.1. -les récepteurs.......................................................................................................................................... 10 4.2. - les protéines G hétérotrimériques ............................................................................................................. 10 4.3. - les effecteurs.......................................................................................................................................... 11 4.4. - arrêt du signal ........................................................................................................................................ 12 4.5. - fonctions médiées par les récepteurs couplés aux protéines G ...................................................................... 12 5. Bilan ....................................................................................................................................................................... 12 LÉGENDES Fréquences au concours depuis 2011 < 1 fois << 2 fois < 3 fois ou plus << Particularité de votre faculté : Le sujet caractérisé par ce symbole est spécifique de votre enseignement. Il faut donc éviter de travailler sur des supports étrangers à votre faculté car les contenus risquent d’être différents. © EXCOSUP 2022 Communication et signalisation cellulaire 1. Généralités : 1.1. Vue d’ensemble de la communication cellulaire : Les cellules ont besoin de percevoir leur environnement et d’y répondre, rôle physiologique clé́ de : ● Coordination du fonctionnement et du devenir des cellules au sein d’un même tissu. ● Coordination du fonctionnement de plusieurs tissus impliqués dans une même fonction • Cellule de signalisation : o Messager (molécule signal) extra-cellulaire o Synthèse, Sécrétion, Signaux à distance (médiateurs solubles ou non solubles) Nature de la molécule signal Chimique Molécules hydrophobes, en général lipidiques (stéroïdes, eicosanoïdes, vitamine D....) Molécules hydrophiles, en général protéiques (Facteurs de croissance, Cytokines, hormones...) Électro chimique : Ions et leur charge électrique Lumineuse : Photons • Cellule cible : o Récepteur protéique o Transduction du signal si liaison du ligand o Signal intra-cellulaire par protéines de signalisation o modification du métabolisme La transmission( l’intégration) peut être complexe : dépend (exemple du processus de cancérisation) à à à Multitude d’effets possible Multitude de récepteurs Cascade de signalisation © EXCOSUP 2022 -1- Les premiers messagers ont quatre modes de communication possible Différents types de signalisation Communication directe CD Juxtacrine • • Dépendant du contact (molécule signal liée à la membrane) Jonctions serrées, desmosomes, les jonctions communicantes de type gap) Juxtacrine Type de signalisation endocrine CiD Type de signalisation paracrine CiD Type de signalisation autocrine CiD © EXCOSUP 2022 • Sécrétion dans le courant sanguin (grande dispersion) : exemple : hormones • Sécrétion dans le milieu extracellulaire • Cellule-cible en voisinage (sélectivité moyenne) • Médiateur : exemple. Facteurs de croissance • Agit sur la cellule de signalisation • Concerne toutes les cellules si elles portent le récepteur -2- Type de signalisation neuronale (synaptique) CiD • Sécrétion dans le milieu extracellulaire par l’élément pré-synaptique (faible dispersion) • Médiateur Neurotransmetteur (synapse chimique). 1.2. Principe de communication cellulaire La liaison ligand récepteur est spécifique avec des interactions faibles, Elle est donc réversible et saturable Il existe une spécificité de signal en fonction de la cellule réceptrice Ex : acétylcholine = • Diminution de la vitesse et de la force de contraction sur la cellule cardiaque • Contraction sur la cellule musculaire • Sécrétion sur la glande salivaire La même molécule informative peut induire des réponses différentes dans des cellules cibles différentes 1.3. Principe de signalisation cellulaire Par cascade de signalisation = amplification du signal Cascade de signalisation : vue d’ensemble Molécule de signalisation extra cellulaire (1 er messager)® récepteur ®protéines effectrices (signalisation intra) ®médiateur intra( 2éme messager) ® effecteurs secondaires®réponse cellulaire o o o Le récepteur membranaire transmettra le relais du signal par l’intermédiaire de protéines relais (kinases), protéines adaptatrices, protéines d’échafaudage, ou encore des seconds médiateurs intracellulaires comme par exemple l’AMPc, le diacylglycérol ou encore le Ca2+ Les protéines de signalisation intracellulaire passent d’un état inactif à actif. De nombreuses protéines de signalisation seront activées par phosphorylation, ces protéines entant elles-mêmes des kinases, ceci engendrera des cascades de phosphorylation. © EXCOSUP 2022 -3- Exemple des MAP -kinases EGF Messager primaire se fixe sur son récepteur TK( X2) La protéine adaptatrice Grb2 se fixe sur phosphotyrosine via SH2 SOS se fixe sur Grb2 via SH3= activation de RAS puis cascade de signalisation L’Interaction se fait par reconnaissance des domaines spécifiques Interaction prot/prot :SH2, SH3, PDZ Interaction prot/ lipide mb:PH 1.4. Régulation de la signalisation Il existe plusieurs niveaux de régulation négative du signal= Intermittence du signal • • • • • Demi-vie courte des seconds messagers Contrôle de la phosphorylation des protéines Contrôle de l’état d’activation des protéines G Désensibilisation du récepteur avec recyclage ou dégradation Production de protéines inhibitrices 2. Signalisation par les récepteurs membranaires 2.1. Les principales familles de récepteurs membranaires © EXCOSUP 2022 -4- Types de récepteurs • 3 classes de récepteurs • Récepteurs membranaires (protéiques) o Couplés à un canal ionique o Couplés à une protéine G o Couplés à une enzyme • • Récepteurs membranaires (protéiques) Récepteur couplé à un canal ionique Ligand è flux d’ions, signal électrique • • • Récepteur couplé à une protéine G Ligand è Cascade intracellulaire (GTP) 7 domaines TM = récepteur de l’adrénaline • • Récepteur couplé à une enzyme Ligand è Cascade, activité enzymatique Activité tyrosine kinase =EGF , insuline Activité sérine/thréonine kinase =TGFb 2.2. Signalisation par les récepteurs enzyme tyrosine-kinase (RTK) © EXCOSUP 2022 -5- 3. Récepteurs membranaires couplés à une enzyme • Le récepteur agit comme une enzyme ou forme un complexe avec une enzyme • 5 classes de récepteurs couplés à une enzyme Type de récepteur couplé à une enzyme à Activité tyrosine-kinase (ex. récepteur au facteur de croissance) Associés aux tyrosine kinase Activité à sérine/thréonine kinase Associés à histidine kinase Pour bactéries, les champignons et les plantes. Activité guanylate cyclase Généralités Typiquement : o o • Mode d’action Agit par phosphorylation Agit par phosphorylation Agit par phosphorylation Agit par phosphorylation Synthèse de GMPc Médiateurs locaux de faible concentration, action lente (h), avec modification génique Impliqués dans la croissance, la prolifération, la différenciation et la survie cellulaire Le récepteur agit comme une enzyme ou forme un complexe avec une enzyme • Signalisation par l’intermédiaire d’une réaction catalytique Étapes • Liaison du ligand ®Dimérisation du récepteur et phosphorylation sur les tyrosines® • Phosphorylation du domaine TK=activité TK++( trans- autophosphorylation) • Phosphorylation d’autre tyrosine= ancrage par domaine spécifique SH2 • Transmission du signal Principe • Protéine (monomère) avec un seul domaine transmembranaire • Un site de liaison extracellulaire (extrémité NH2) : ligand • Un site intracellulaire catalytique (extrémité COOH) Structure bactéries, les champignons et les plantes. 3.1.1. Exemple du récepteur de l’EGF : principales étapes et voies de signalisation © EXCOSUP 2022 -6- EGF (Epidermal Growth Factor ) Les ligands Membranaire ou soluble et mécanisme d’activation + récepteurs apparentés • • Le récepteur (HER1 ou erB1) Les étapes © EXCOSUP 2022 Il existe quatre récepteurs apparentés • Liaison du ligand • Dimérisation stabilisation du domaine d’interaction HER2= activité TK forme héterodimère avec EGFR HER2 en héterodimère= capable de phosphoryler HER3 dépourvu d’activité TK • Autophosphorylation sur Tyr • Recrutement des protéines adaptatrices sur les Tyr-P • Activation d’1 voie parmi 3 possibles -7- Principales voies de signalisation activée par le récepteur EGF Le récepteur d’EGF active plusieurs voies de signalisation en formant un complexe transitoire avec des protéines adaptatrices en fonction de la phosphorylation des tyrosines • Les MAP-KINASES Grb2 fixation sur SH2 tyrosine SOS fixation sur SH3 RAS recruté et activé avec GTP Raf second messager puis active Mek qui active Erk Prolifération • • La phospholipase C Fixation domaine PH Clivage de PIP2 en IP3(inositol 1,4,5 triphosphate)et DAG( diaglycérol) IP3 se lie aux canaux Ca2+ du RE è libération du Ca2+ DAG et Ca2+ è protéine kinase C (PKC) activée + une calmoduline (CaMK) activée Division et migration © EXCOSUP 2022 -8- • La phosphatidyl inositol 3 kinase PIP2 donne PI3K ( inositol 3,4,5 triphosphate) Recrutement de protéines à domaine PHè protéine kinase B(PKB) activée • Phosphorylation de BAD= libération de protéine inhibitrice de l’apoptose Survie • • Arrêt du signal • • Desensibilisation EGF active phosphatase=dephosphoryle EGFR Recepteur +ligand dans les puits à clathrine( degradation ou recyclage) Dégradation second messager inactivation de Ras par GAP( hydrolyse du GTP), activité perdue dans certains cancers NB : des mutations de EFGR et HER2 active les récepteurs en absence de ligand Utilisation d’anticorps monoclonaux contre le EGFR pour le cancer colorectal, contre HER2 pour le cancer du sein Utilisation d’inhibiteurs de TK soit réversibles, soit irréversibles 3.2. Signalisation par les récepteurs enzyme Récepteurs sérine/thréonine kinase 3.2.1. : Exemple du récepteur du TGFβ TGFβ (Tumor Growth Factor) Régulation cycle cellulaire (inhibition), apoptose, différenciation de la MEC • • Les ligands et mécanisme d’activation Le récepteur Clivage d’un précurseur soluble Type I ou R1=activité sérine /thréonine kinase si fixé au type II Type II ou R2=auto phosphorylation sans ligand, avec ligand accroche type I • • • • • Liaison du ligand sur R2 Accrochage R1 et phosphorylation Recrutement et phosphorylation Smad2 ou 3 Le complexe Smad 2-3P lié à Smad 4 migration dans le noyau Les étapes © EXCOSUP 2022 -9- 4. Signalisation par les récepteurs couplés aux protéines G Voie des protéines G • Signalisation par l’intermédiaire d’une protéine G Le ligand extracellulaire se fixe sur un récepteur membranaire • Activation d’une membrane • Activation, par la protéine G (une de ses sous-unités) de la protéine cible o o protéine G liée à la Protéine cible peut être un canal ionique è variation du voltage membranaire Protéine cible peut être une enzyme è génération d’un second messager Cascade de l’activation : 1. Liaison du ligand è changement de conformation 2. Activation de la protéine G 3. Activation de la protéine cible (effecteur primaire) 4. Activation du second messager 5. Activation de l’effecteur secondaire Les ligands : Photons, ca 2+, odeurs Petites molécules endogènes : nucléotide, prostaglandine, aa, Protéines : TSH, LH, FSH, IL, Chimokine 4.1. -les récepteurs • Structure du récepteur Récepteurs couplés à une protéine G - principe Protéine avec 7 domaines transmembranaires • 3 domaines de liaison au ligand extracellulaire • 1000 récepteurs¹ chez l’homme 4.2. - les protéines G hétérotrimériques Si inhibition de l’activité GTPasique de aS= augmentation de AMPc= choléra Si pas de fixation de ai au récepteur = augmentation de AMPc= coqueluche © EXCOSUP 2022 - -10 Mutation aS = tumeurs hypophyse Mutation ai = tumeurs ovariennes/ corticosurrénales • • Structure de la protéine G hétérotrimérique • 3 sous-unités protéiques : α, β, γ α est variable soluble 39 à 46 kDa Complexe β-γ : un dimère( 37 et 8 kD) 1. Protéine G non stimulée : Récepteur et protéine G inactivés Sous-unité alpha liée au GDP 2. Activation du récepteur : changement conformation Association de la protéine G au récepteur Échange GDP è GTP par GEF de 3. Séparation du complexe ß-γ de la sous-unité alpha. Complexe ß-γ et sous-unités alpha sont activés Association de la sous-unité alpha et de la protéine cible Activatio n de la protéine G 4.Inactivation : hydrolyse du GTP en GDP par GAP Dissociation de la protéine cible et réassociation du complexe 4.3. - les effecteurs © EXCOSUP 2022 - -11 L’adénylate cyclase Ex : récepteur b adrénergique o Adénylate cyclase è 2nd messager : AMP cyclique Autres effecteurs Certains ligands peuvent lier plusieurs récepteurs, certains récepteurs peuvent lier plusieurs protéine G Les sous unités alpha peuvent se fixer sur o Adénylate cyclase o Phospholipase C o Canaux ioniques de la MP o Protéines G monomérique NB : les sous unités bg peuvent aussi agir sur certains effecteurs 4.4. - arrêt du signal La phosphorylation du récepteur + ATP = fixation de l’arrestin et désensibilisation du récepteur 4.5. - fonctions médiées par les récepteurs couplés aux protéines G Signalisation rapide Vision, odorat, gout Neurotransmission Regulation métabolique Glucide/ lipide Sécretion exocrine Régulation endocrine PA Contraction ML Regulation immunitaire Developpement Croissance Prolifération différenciation 5. Bilan La signalisation intracellulaire permet à une cellule de répondre aux signaux provenant des autres cellules et de l’environnement. Sa régulation précise permet de maintenir un équilibre dans l’organisme et son altération est à l’origine de troubles diverses. ■ Une signalisation régulée nécessite une reconnaissance précise des stimuli via des récepteurs spécifiques qui peuvent être classées en 3 familles : les récepteurs couplés aux canaux ioniques ; les récepteurs couplés aux protéines G et les récepteurs couplés aux enzymes. ■ L’activation d’un récepteur par son ligand déclenche une cascade d’évènements intracellulaires et aboutit à une modification du comportement de la cellule. ■ La signalisation intracellulaire peut être assimilée à un réseau informatique complexes et est constituée de multiples protéines ou molécules de signalisation qui s’interagissent et se chevauchent. © EXCOSUP 2022 - -12 ■ L’activation d’une protéine de signalisation s’effectue habituellement par addition d’un groupement phosphate, le plus souvent au moyen d’une phosphorylation par une protéine NB : Depuis la découverte des oncogènes et des gènes suppresseurs de tumeurs, et grâce aux progrès de la biologie moléculaire, le cancer apparait comme une maladie de la signalisation. Considérant son importance majeure dans l’oncogenèse, ainsi que sa fréquence de surexpression dans de nombreux types tumoraux. Le récepteur constitue une cible thérapeutique de choix, mais l’inhibition des acteurs de la signalisation est aussi possible © EXCOSUP 2022 - -13