SIGNALISATION CELLULAIRE
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SIGNALISATION CELLULAIRE Médiateur Ligand Agoniste Récepteur Seconds messagers Transporter channel altered transport PHYSIOLOGIE ET SIGNALISATION COMMUNICATION CELLULAIRE ET TRANSFERT D'INFORMATION Roles : - réponses adaptées aux changements extérieurs - coordination des fonctions cellulaires - division cellulaire, différenciation. I) LA TRANSMISSION DIRECTE ENTRE CELLULES 1) Les jonctions lacunaires Connexine Canaux Echange de petites molécules (<2000). 2) Interaction de protéines de membranes LA COMMUNICATION CELLULAIRE À DISTANCE 1) Médiateurs - molécules hydrophobes: stéroïdes - molécules hydrophiles: bioamines, peptides, protéines, glycoprotéines 2) Les récepteurs - intracellulaires - membranaires : récepteurs-enzymes, couplés aux protéines G, canaux. 3) Signalisation intracellulaire des récepteurs membranaires - Systèmes effecteurs entre le récepteur et la cible intracellulaire - 2 grands types d'actions : * activation d'enzymes ou de transporteurs * activation de la transcription. MODES DE TRANSMISSION ENDOCRINE, PARACRINE, AUTOCRINE SYSTÈME ENDOCRINE I) LES GRANDS SYSTÈMES ENDOCRINES - L'axe hypothalamo-hypophysaire - Les systèmes de régulation métabolique - Les systèmes de régulation de l'équilibre hydro-électrolytique II) LES MÉDIATEURS : LES HORMONES - molécules hydrophobes, stéroïdes - bioamines, peptides, protéines, glycoprotéines III) LES RÉCEPTEURS - récepteurs intracellulaires - récepteurs membranaires : récepteurs-enzymes récepteurs couplés aux protéines G L’AXE HYPOTHALAMO-HYPOPHYSAIRE HYPOTHALAMUS Growth Hormone Releasing Hormone Somatostatine Prolactin Releasing Hormone Prolactin Inhiting Hormone Thyrotropin Releasing Hormone Gonadotropin Releasing Hormone Corticotropin Releasing Hormone ANTEHYPOPHYSE Growth Hormone Hormone de croissance Prolactin Thyroid Stimulating Hormone Follicle Stimulating Hormone Luteinizing Hormone Adreno CorticoTrophic Hormone GLANDES ENDOCRINES PERIPHERIQUES Hormones thyroïdiennes IGF hépatiques Hormones sexuelles Glucocorticoides TISSUS PERIPHERIQUES Croissance tissulaire Lactation Sein Activité cellulaire Organes génitaux Métabolisme Glucido-lipidique LE SYTÈME NERVEUX SYSTÈME PARACRINE 1) NEUROMÉDIATEURS : - acides aminés (glycine, glutamate) - dérivés des acides aminés * tyrosine --> dopamine, noradrénaline, adrénaline * tryptophane --> sérotonine * histidine --> histamine * glutamate --> GABA - autres : acétylcholine. 2) RÉCEPTEURS Récepteurs membranaires couplés aux protéines G ou récepteurs canaux. LE SYTÈME IMMUNITAIRE COMMUNICATIONS CELLULAIRES DIRECTES SYSTÈME ENDOCRINE, PARACRINE, AUTOCRINE 1) MÉDIATEURS = CYTOKINES - interleukines 1 à 12 - interférons - CSF : facteurs stimulants les colonies - facteurs de croissance (GF) - chémokines 2) RÉCEPTEURS Récepteurs membranaires de type récepteurs enzymes ou couplés aux protéines G MÉDIATEURS ET RÉCEPTEURS MÉDIATEURS I) Molécules hydrophobes : Hormones: stéroïdes, hormones thyroïdiennes, Lipides : isoprénoides (acide rétinoïque), acides gras Vitamines : vitamine D3 Lipides : écosanoïdes, cannabinoïde, phosphoglycérolipides II) Molécules hydrophiles : Acides aminés et dérivés (bioamines) : neuromédiateurs (glutamate, GABA etc…) Hormones (noradrenaline etc…) Peptides : hormones hypothalamiques, vasoactives, gastro-intestinales Neuromédiateurs : enképhalines Protéines, glycoprotéines, lipoprotéines hormones hypophysaires, insuline Cytokines, facteurs de croissance Autres : lumière, odeurs RÉCEPTEURS I) RÉCEPTEURS INTRACELLULAIRES - Récepteurs aux hormones stéroïdiennes, thyroïdiennes et à l'acide rétinoïque - Domaines de liaison de l'hormone et de l'ADN - Protéines de régulation de la transcription. II) LES RÉCEPTEURS MEMBRANAIRES 3 Classes : - récepteurs - enzymes - récepteurs couplés aux protéines G - récepteurs - canaux. RÉCEPTEURS MEMBRANAIRES I) Récepteur - canal plusieurs sous-unités (5) Canal dont l ’ouverture est déterminée par un ligand II) Récepteur- enzyme souvent monocaténaire classique récepteur tyrosine kinase (insuline, facteurs de croissance) autres fonctions enzymatiques tyrosine phosphatase Serine kinase guanylate cyclase etc... RÉCEPTEUR COUPLÉ AUX PROTÉINES G (RCPG) TROIS MODULES 1) Récepteur serpentin à 7 domaines transmembranaires 2) « Transducteur »: protéine G 3) Effecteur : (dépendante des nucléotides guanyliques) hétérotrimérique enzymes (adénylyl cyclase, phospholipase C) canaux ACTIVATION DES RÉCEPTEURS L ’activation d ’un récepteur par son agoniste correspond toujours à un changement de structure du récepteur (conformation, modifications post-traductionnelles), qui conduit à des changements d ’affinité pour la molécule d’interaction (ADN, protéine). Exemple des récepteurs nucléaires Vérifié pour les récepteurs membranaires ACTIVATION ET DIMÉRISATION DES RÉCEPTEURS 1) L ’exemple le plus clair est celui des récepteurs membranaires tyrosine-kinases 2) L ’activation des récepteurs nucléaires passe aussi par leur dimérisation 3) Les récepteurs canaux sont des complexes multiprotéiques comportant2 sous-unités de liaison du ligand 4) Les RCPGs existent sous forme de dimères constitutifs et la liaison du ligand change pas ou peu l ’état de dimérisation. PRINCIPES GÉNÉRAUX ET ACTEURS DE LA SIGNALISATION INTRACELLULAIRE SIGNALISATION CELLULAIRE Médiateur Ligand Agoniste Récepteur Seconds messagers Transporter channel altered transport LES GRANDS PRINCIPES DE LA SIGNALISATION CELLULAIRE I) LA SIGNALISATION REPOSE SUR LES INTERACTIONS PROTÉIQUES Domaine protéique : SH2 === Phosphotyrosine SH3 === Polyproline PH === PIP3 et PIP2 les changements structuraux des protéines entraînent des changements d ’affinité entre partenaires protéiques. II) Les phosphorylations jouent un rôle essentiel dans ces changements structuraux Cascades de phosphorylations une majorité des protéines de signalisation sont des kinases ou phosphatases III) Ces interactions protéiques ne se font pas au hasard dans le cytoplasme mais au niveaux de complexes multiprotéiques associés aux membranes Notion de protéine d ’échafaudage, d ’adaptateurs protéiques Notion de translocation protéique IV) En l ’absence d ’interactions, un signal peut être envoyé d ’une protéine à une autre par l ’intermédiaire d ’un « second messager » soluble: AMPc, Ca++, IP3 membranaire : diacylglycérol, PIP3 etc…. LES GRANDS PRINCIPES DE LA SIGNALISATION CELLULAIRE Récepteur Cascade de phosphorylations 1 P A 2 3 Complexe multiprotéique A 4 B Translocation P B C P C 4 Modulation de facteurs transcriptionnels Modulation d’activités enzymatiques LES ACTEURS DE LA SIGNALISATION INTRACELLULAIRE I) CIBLES DE LA SIGNALISATION - L'activité des enzymes, des transporteurs, des protéines de structure - La régulation de facteurs de la transcription II) LE RÔLE MAJEUR DES PROTÉINE-KINASES ET PHOSPHATASES A) Régulation des enzymes,des récepteurs, des canaux Phosphorylation des serines et des thréonines (99,9% des phosphorylations protéiques) Phosphorylation des tyrosines (0,1% des phosphorylations protéiques) B) Régulation des facteurs de transcription - activation par phosphorylation - libération par phosphorylation - dimérisation par phosphorylation MÉCANISMES DE RÉGULATION DES FACTEURS DE TRANSCRIPTION Le cas particulier des protéines G «Grosse» protéine G hétérotrimérique (αβγ) Récepteurs serpentins alpha lie GPP activité GTPase de α «Petite» protéine G monomérique (αβγ) Protéine de signalisation lie GPP activité GTPase PHOSPHORYLATIONS PHOSPHORYLATIONS CELLULAIRES ADP ATP KINASE O R- O - P = O R-OH - O - O O - P = O PHOSPHATASE O - H2O Kinases et Phosphatases Protéines Serine Thréonine Autres Tyrosine Sucres Lipides LA PHOSPHORYLATION DES PROTÉINES Serine - thréonine Phosphatase Sérine H O N H C H N H C O CH2 O Serine - thréonine kinase CH2OH C + ADP O + ATP C O HO P - O O Phosphosérine H N H Tyrosine O C CH2 C Tyrosine Phosphatase O + ATP Tyrosine kinase H N H O C C O CH2 + ADP Phosphotyrosine O HO O P - O LA CASCADE DES MAP KINASES Récepteurs du PDGF ou de l'EGF MAPKK ou MEK1 et 2 P p21ras GTP MEK MEK (Serine et tyrosine kinases) MAPKK ou ERK1 et ERK2 Translocation nucléaire P P TEY TEY MAPK MAPK MAPKKK MAP et autres protéines Protéine ribosomale p90rsk c-jun (AP1) Autres facteurs de transcription Synthèse d'ADN Raf-1 Serine/thréonine kinase Synthèse de protéines DIVISION CELLULAIRE PHOSPHOTYROSINES ET INTERACTIONS PROTÉIQUES P Tyr 1158 1162 1163 P P Tyr972 P P P Tyr 1328 1334 DOMAINE SH2 -Domaine homologue 2 de Src -100 acides aminés - interagit avec Tyr-P - séquence FLVRDS DOMAINE PTB - phosphotyrosine binding - 150 acides aminés - interagit avec les Tyr- P L ’EXEMPLE DE pp60 src SH3 SH2 KINASE P Y 416 Y527 pp60c-src inactive pp60c-src active A SH3 • TK active • domaines d ’interaction accessibles B SH2 Y 416 KINASE Y527 P A SH3 B SH2 Y 416 P KINASE pp60v-src • oncogène • C-terminal tronqué • en permanence actif SECONDS MESSAGERS SECONDS MESSAGERS NON PROTÉIQUES AC ATP Gαs AMPc PKAc AMPc PKAr AMPc PKAr PKAc PKAc PKAc ECHA"FFAUDAGES (scaffold) COMPLEXES DE SIGNALISATION ET PROTÉINES D ’ÉCHAFAUDAGE Protéines adaptatrices et d ’assemblage Préassemblage ou assemblage au cours de l ’activation Si l ’affinité d ’une de ces protéines pour le Complexe baisse, elle se dissocie du complexe Pour aller s ’associer à d ’autres protéines ----> translocation UN JEU DE LEGO COMPLEXE ! L ’ASSOCIATION DES DIFFÉRENTS MÉCANISMES DE SIGNALISATION INTÉGRATION DU SIGNAL La réponse physiologique dépend des différents signaux mis en jeu La cellule contient des intégrateurs moléculaires orientant la réponse physiologique La réponse sera différentes selon… L’amplification du signal La cinétique du signal La localisation cellulaire de l’activation des médiateurs etc…. Plan des cours 1. La signalisation cellulaire 2. Les récepteurs couplés aux protéines G 3. Les récepteurs tyrosine kinases 4. Les récepteurs nucléaires 5. La voie de signalisation NO 6. Les récepteurs des cytokines 7. La cascade des MAP kinases 8. Les récepteurs canaux 9. Intégration cellulaire de la signalisation 10. Intégration fonctionnelle de la signalisation E. Clauser E. Clauser T. Issad M. Lombes AT Dinh Xuan I. Dusanter H. Enslen T. Collin R. Habert R. Habert 23-09-04 23-09-04 30-09-04 07-09-04 14-09-04 21-10-04 28-10-04 04-11-04 18-11-04 25-11-04
