Interactions cellulaires et communication - partie 1
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Interactions cellulaires et communication dans l’organisme Agrégation interne SV-STU, septembre 2016 Interactions cellulaires et communication dans l’organisme 1 - Lecture du sujet 2 - Notion de communication 2.1- Cadre théorique 2.2- Application aux systèmes biologiques 3 - Communication par contact cellulaire 3.1- Jonctions Gap et plasmodesmes 3.2- Communication juxtacrine 4 - Communication via un messager 4.1- Typologie des messagers 4.2- Origine des messagers 4.3- Libération et transport des messagers 5 - Cas particulier du message nerveux 5.1- Les composants du système nerveux 5.2- Le potentiel de membrane 5.3- Le potentiel d’action 5.4- La conduction du potentiel d’action 5.5- La transmission synaptique 6 - La réception du message 6.1- Caractéristiques de la liaison médiateur-récepteur 6.2- Transduction via un récepteur membranaire - Récepteur couplé à une protéine G - Récepteur-enzyme - Récepteur couplé à une enzyme type JAK 6.3- Transduction via un récepteur nucléaire 7 – Les enjeux de la communication intercellulaire Inclusif : à lire comme « mise en jeu dans » Faire passer un message d’un élément (cellule ou organe) à l’autre - système nerveux - système endocrinien Interactions cellulaires et communication dans l’organisme Agir ensemble - pour former une structure (contact) - Pour réaliser une fonction (distance) - trophique (foie/tissus adipeux) - homéostasie (nerf, hormone) - développement (induction, différenciation) Notion de communication Cadre théorique stimulus canal de communication Cellule réceptrice Cellule émettrice messager Émission et codage du message Conduction du message Réception et décodage du message Notion de communication : codage et décodage réponse Jonction communicante juxtacrine Communication par contact cellulaire Sans messager extracellulaire Organisation des jonctions lacunaires type plasmodesme Organisation des jonctions lacunaires type gap A : Schéma général de la jonction. B : Connexon intégré à la membrane plasmique. C : Structure moléculaire de la connexine. D : Structure ouverte et fermée du connexon. Signal d’activation d’un lymphocyte T CD4+ par une cellule dendritique Voie de signalisation Notch (différenciation cellulaire du muscle lisse vasculaire) Communication via un messager chimique 1 - Typologie des messagers Grands types de messagers Sur quels critères? Nature chimique Domaine d’intervention Stéroïdes Peptides Acides aminés Gaz Non moléculaire (électrique) Hormones Phytohormones Neurotransmetteurs Cytokines Facteurs de croissance Types de messagers Phytohormones : petites molécules (rarement des peptides) Hormones stéroïdes : dérivées du cholestérol Hormones peptidiques : de l’oligopeptide (3 AA) à la petite protéine (200 AA) Hormones thyroïdiennes et catécholamines : dérivées d’un acide aminé, la tyrosine Neurotransmetteurs : souvent acides aminés (glutamate) ou dérivés d’acides aminés (dopamine) ou polypeptides (endorphines) Cytokines : petites protéines (< 200 AA), interleukine, interféron, TNF, TGF Principales phytohormones FSH insuline glucagon Exemples d’hormones humaines NGF Facteur d’activation plaquettaire (PAF) sérotonine dopamine Monoxyde d’azote GABA Communication via un messager chimique 2 - Origine de quelques messagers Exemples de glandes endocrines animales Nature Biosynthèse et transport Famille des auxines - Synthétisées dans les primordia foliaires et les feuilles à partir Dérivés de l’acide indole-3- principalement du tryptophane (+ voies accessoires possibles). - Forme libre ou conjuguée à des acides aminés. acétique (AIA). - Transport par le phloème et le parenchyme de manière unidirectionnelle et basipète. - Synthétisées dans les jeunes organes en croissance et dans la Famille des gibbérellines Dérivés de l’acide gibbérellique graine en germination. Dérivent des composés terpéniques selon diverses voies en fonction des espèces, donnant un (GA3) diterpène tétracyclique. . - Transport dans les sèves brute et élaborée. Acide abscissique - Sesquiterpène synthétisé au niveau des racines et dans les Molécule (ABA) représentée par cellules stomatiques. plusieurs isomères ayant presque - Conjugué à du glucose. la même activité. - Pas de transport, synthèse in situ dans les graines et les feuilles. Famille des cytokinines - Synthèse racinaire pour laquelle la voie n’est pas clairement Famille comptant environ 200 déterminée. Un noyau adénine peut être complété par une chaîne latérale terpénique, par exemple. molécules (CK). - Combinées à des ribosides pendant le transport. - Acheminées de manière acropète vers les feuilles, par la sève brute. - Synthèse à partir de méthionine au niveau des fruits, des Ethylène Molécule C2H4 sous forme de gaz. graines, des fleurs et des feuilles âgées. - Gaz diffusant dans l’organe, pouvant même s’échapper du tissu vers l’atmosphère. Principales phytohormones Chez les Spermaphytes Chez les Eumétazoaires Site de production Cellules plus ou moins regroupées, voire Cellules regroupées, en diffuses au sein de la plante et non organisées général, en glandes endocrines. en glandes. Site d’action Action à distance sur des organes éloignés, Action à distance sur des mais action également sur le site de production, organes plus ou moins éloignés. voire même sur la cellule productrice des messagers. Nature chimique Grande variété chimique, mais toujours Grande variété chimique, constitué de petites molécules (dérivés d’acide certaines molécules pouvant aminé, stéroïdes, etc.). être de grande taille, comme les peptides. Transport Action Transport par voies xylémiennes phloèmiennes ainsi par voie intercellulaire. et Transport sanguin. par le système Nombre des effets très important pour une Effets relativement limités sur même phytohormone. De plus, interactions les cellules cibles et interactions entre phytohormones multiples et complexes. limitées. Comparaison entre hormones et phytohormones Les hormones hypothalamo-hypophysaires Les hormones des glandes surrénales Les hormones surrénaliennes Effets physiologiques des minéralo-cortico-stéroïdes Métabolisme hydrominéral : au niveau du rein Réabsorption Na+ Excrétion K+ Sécrétion H+ Donc réabsorption d’eau et action sur la volémie Effets physiologiques des gluco-cortico-stéroïdes Métabolisme glucidique : Hyperglycémiant par stimulation néoglucogenèse et glycogénolyse (mais aussi stimulation de la glycogénogenèse) Métabolisme protéique : Stimulation de la protéolyse et du cycle de l’urée Métabolisme lipidique : Stimule la lipolyse Donc globalement, effet général catabolique Effets physiologiques des gluco-cortico-stéroïdes Métabolisme du calcium : Stimulation de l’ostéolyse et action anti vitamine D (calcitriol) Métabolisme hydrominéral: Agit sur les récepteurs de l’aldostérone Immuno-dépresseur: Autrefois emploi pour le maintien de greffes Anti inflammatoire et anti allergique : Inhibition de l’histamine Utilisation pharmacologique principale (rhumatismes) Hypertenseur léger : Effet permissif sur les catécholamines (chronotrope et vasoconstriction) Autres : excitateur SNC, augmente l’appétit, augmente la sécrétion gastrique, effet sur la parturition Les hormones thyroïdiennes Thyroïde et follicules thyroïdiens Synthèse des hormones thyroïdiennes Les hormones impliquées dans la régulation de la calcémie PTH, calcitonine et calcitriol Cellules C Métabolisme du calcitriol Pancréas et hormones pancréatiques Insuline : hormone hypoglycémiante - Pénétration du glucose dans les cellules (GluT4 et synthèse glucokinase) - Utilisation intracellulaire du glucose stimule glycolyse (PFK1 et pyruvate kinase) stimule voie des pentoses phosphates orientation vers Krebs (pyruvate deshydrogénase) inhibe la néoglucogenèse (PEP carboxykinase) stimule la glycogénogenèse (glycogène synthase) inhibe la glycogénolyse (phosphorylase) stimule la lipogenèse (acétyl coA carboxylase) Glucagon : hormone hyperglycémiante - Effets hépatiques essentiellement - Stimule la glycogénolyse (phosphorylase) - Stimule la néoglucogenèse (PEP carboxykinase et F1,6 biphosphatase 2) - Inhibe l’utilisation intracellulaire du glucose (glycolyse et glycogénogenèse) - Stimulation de la lipolyse (triglycéride lipase) Une sécrétion sous contrôle Contrôle des sécrétions surrénaliennes Contrôle des sécrétions thyroïdiennes Contrôle des sécrétions pancréatiques Libération et transport des messagers en fonction de la nature chimique du messager Hydrophobe : pas de stockage, diffusion membranaire, transporteur extracellulaire Hydrophile : vésicule de stockage, exocytose active, circulation libre Transport polarisé de l’auxine : expériences Le cas particulier du message nerveux 1 - Composants cellulaires du système nerveux Organisation schématique d’un neurone Les cellules de Schwann : formation de la gaine de myéline Les deux principaux systèmes de transport vésiculaire. B : Transport antérograde rapide de vésicules, assuré par une ATPase spécifique : la kinésine. C : Transport rétrograde de corps pluri-vésiculaires, assuré par une ATPase : la MAP1C (forme soluble de dynéine). Concentrations différentes Perméabilités nulles Concentrations différentes Perméabilité au Na+ seulement Potentiel de membrane : résultante de concentrations et de perméabilités Enregistrements de signaux électriques d’une cellule nerveuse Répartitions ioniques Technique du patch clamp Mesure en patch clamp des courants transmembranaires d’un fragment de membrane axonale isolé dans la configuration outside-out. (TTX bloque les canaux Na+ et TEA bloque les canaux K+) A - Évolution des courants transmembranaires pour une tension imposée de 0 mV, B - Reconstitution des conductances et des courants ioniques transmembranaires au cours d’un potentiel d’action Le potentiel d’action est basé sur une rétroaction positive Le cas particulier du message nerveux 4 – La conduction du potentiel d’action Conduction d’un courant Potentiel d’action et codage en fréquence A : Potentiel d’action obtenu par dépolarisation de la membrane. B : Fréquence des potentiels d’action d’un mécano-récepteur cutané en fonction de l’intensité de stimulation (exprimée en Newton (N)). C : Formation de lignes de courant liées à la présence d’un potentiel d’action en un point de la membrane. Diamètre de l’axone et vitesse de conduction Conduction saltatoire T = temps S = stimulion du vague D = contractions du cœur D (donneur) R = contractions du cœur R (receveur) enregistrement original de l’expérience de Loewi Expérience d’Otto Loewi dite à deux cœurs (1921) Cycle de fusion des vésicules synaptiques Schéma du fonctionnement synaptique ionotropique Modes d’action des neurotransmetteurs métabotropique Modes d’inactivation des neurotransmetteurs Intégration des signaux nerveux et genèse du potentiel d’action
