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Controle de l'activite cellulaire - AMPc BC4223 Mécanismes moléculaires Mise à jour: CONTROLE DE L'ACTIVITE CELLULAIRE 3 RECEPTEURS COUPLÉS aux PROTÉINES G: SYSTEMES DE TRANSDUCTION A AMPc 21 03 07 Références: Voet et Voet (1998) p.1280-86; Lodish (1996) p.886-99, 907-11; G&G: S2-10 . . Description générale Exemples d'hormones impliquées Récepteurs . Protéines G: composante et structure - Protéines G: activation . Adénylate cyclase . . PK-A . -. . . . --. . . . ---. . -> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (1 of 21)26 03 2007 10h15h03 Controle de l'activite cellulaire - AMPc Description générale < . Récepteurs couplés aux protéines G = RCPG . G-protein-coupled receptors (GPCR) . Beaucoup d'hormones activent un système de transduction à AMPc . Ces systèmes utilisent un second messager: AMPc . . Récepteurs ayant lié leur récepteur, celui-ci active une protéine G qui peut activer (ou inhiber) une adénylate cyclase (AC) qui produit de l'AMPc. . -Cet AMPc diffuse dans la cellule et active une protéine kinase AMPc- dépendante (PK-A) . . . La PK-A activée phosphoryle des protéines cibles qui sont alors activées ou désactivées par phosphorylation pour accomplir leur role qui est régulé par l'hormone en question. . --. Agissent surtout (mais pas uniquement) au niveau cytoplasmique en activant/désactivant les protéines peuvent agir au niveau génique (moins souvent) en activant des facteurs de transcription (CREB) . . . ---. . . . ----. des mécanismes supplémentaires modulent/modifient cette voie de signalisation . -> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (2 of 21)26 03 2007 10h15h03 Controle de l'activite cellulaire - AMPc < Hormones ayant un système de transduction à AMPc . . Exemples d'hormones utilisant un système AMPc (via Gs) . Hormone/Messager local Adrénaline (récepteur β) Cibles Activité coeur rythme et force des contractions . muscle dégradation du glycogène . tissu adipeux mobilisation des triglycérides . intestin sécrétion de sucs intestinaux - . effet hyperglycémiant glucagon foie, tissu adipeux, autres tissus -- (glycogénèe, libération des AGL) . tissu adipeux mobilisation des triglycérides glande surrénale sécrétion de cortocostéroïdes (cortisol) ovaires développment, production d'oestrogènes testicules spermatogénèse ovaires maturation des ovocytes, synthèse oestrogènes testicules synthèse des androgènes TSH (thyréotrophine) glande thyroide libération T3 et T4 Parathormone os, reins, intestins assimilation du Ca rein réabsortion de l'eau vasseaux sanguins pression plaquettes anti-aggrégation ACTH (corticotropine) . . FSH (h. folliculostimulante) . --. LH (h. lutéinisante) . . . ---vasopressine . . Prostaglandines I . . ----. Exemples d'hormones utilisant un système AMPc (via Gi) Adrénaline (récepteur α-adrénegique) . GH (somatostatine, hormone de croissance -> opoides file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (3 of 21)26 03 2007 10h15h03 Controle de l'activite cellulaire - AMPc Structure des récepteurs < . Structure typique: 7 segments intramembranaires . extrémité aminée: . ● ● - ● ● extracellulaire site récepteur hormone structure variable selon l'hormone assure spécificité de l'hormone . . extremité carboxylé . ● . -- boucles cytoplasmiques: boucle 3 (entre le segment transmembranires 5 et 6 ) est particulièrement développée boucle cytoplasmique 3 et le segment C-terminal: . ● ● . cytoplasmique site d'activation de la protéine G (entre les segments transmembranaires 5 et 6) sites de phosphorylation (désensibilisation) . . --. . . . ---. . . . ----.-> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (4 of 21)26 03 2007 10h15h03 Controle de l'activite cellulaire - AMPc < Protéine G . . GTPase trimérique (hétérotrimère) (n.p.c avec ras qui est une GTPase monomérique) . G : β - ● ● 35-37 kDa reste contamment liée à G . γ . . G: γ ● . ● ● -- 9-10 kDa, protéine ancrée (isoprénoyle) reste contamment liée à Gβ . . . G : α ● 42-45 kDa protéine ancrée (surtout myristate, palmitate) => ancrage faible site pour le GTP/GDP capacité échanger GDP et GTP interagit avec récepteur: interaction active G ● G :•GDP: inactive, liée à Gβγ ● G :•GTP: active, diffuse dans la membrane et affinité pour adényl cyclase ● ● . --. ● ● α α α . . . Plusieurs types de protéines G ● ● ---- ● ● . ● ● . ● ● . ● Gs => action stimulante, système AMPc Gi => action inhibitrice, système AMPc Gq => action stimulante, système PIP2 (IP3-DAG-Ca) Go => cation stimulante, canaux a Ca2+ Gt (transducine) => impliquée dans le mécanisme moléculaire de la vision, Golf olfaction différence essentiellement au niveau G : Gs , Gi , Gq , Go α α α α α G : peut accueillir Gs ou Gi ou Gq βγ α α α microhétérogénéité: plusieurs α,β ou γ différentes => réponse modulée On distingue donc les récepteurs activant une Gs ( = Rs) ou un Gi ( = Ri), Gq.... . ----. . -> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (5 of 21)26 03 2007 10h15h03 Controle de l'activite cellulaire - AMPc < Activation de la protéine G . . . . . . . -. domaine GTPase (ou central) . site de liaison fort pour le GTP (au niveau du Pγ) . peu d'affinité pour le GDP (pas de Pγ) . activité GTPase --- domaine hélicoidal: . forme un "couvercle" stable qui enferme le nucléotide . interaction stable avec domaine GTPase (liens -H et van der Wall) . . ---. . . . GDP est emprisonné dans une cavité formée par les deux domaines même s'il a peu d'affinité l'interaction avec le récepteur ouvre le "couvercle" qui laisse échapper le GDP le GTP peut alors entrer et se fixer fortement sur le site et le "couvercle" se referme Gs •GTP perd son affinité pour G α βγ et peut donc diffuser mécanisme d'échange ( GDP <-> GTP) similaire à Ras ----. . -> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (6 of 21)26 03 2007 10h15h03 Controle de l'activite cellulaire - AMPc < Adénylate cyclase . . activée par association avec Gs •GTP . plusieurs isoformes selon le type cellulaire (au moins 9) α . . . . -. . . . Gs •GTP active la cyclase α --- dans les cellules ou il ya Gs et Gi, il n'y qu'une cyclase qui est a la fois activée par Gs •GTP par Gi •GTP α . . α action directe de Gi: en bloquant l'AC ce qui annule l'effet de de Gs action indirecte: en libérant des dimères G βλ en surplus, ces derniers peuvent alors accueiller des G libres qui ne peuvent plus agir sur la cyclase . . ---. . . . ----. . .> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (7 of 21)26 03 2007 10h15h03 α Controle de l'activite cellulaire - AMPc < Activation de la protéine kinase AMPc-dépendante (PK-A) . . animation . PK-A tétramère de type α2-β2 (holoenzyme) lié a une protéine de support ("scaffold") AKAP - 2 sous-unités C (catalytiques) . ● ● . ● ● inactives quand combinées aux sous-unités R dans l'holoenzyme actives quand elles sont sous forme de monomères phosphorylent les protéines cibles ser/thr kinase ( Arg-Arg-X-ser/thr-Y) (X = ac. aminé petite taille, Y = ac. aminé hydrophobe) plus sp/cifiquenebt RRQS . 2 sous-unitées R (régulatrices) . ● -- ● ● 2 sites chacune pour AMPc affinité pour C quand elles ne sont pas associées avec AMPc pas d'affinité pour C quand elles sont associées avec AMPc . R2C2 (inactif)+ 4 AMPc R2•AMPc4 + 2 C (actif) . . . --- AKAP ● ● . ● protéine de support (A kinase anchoring protein) une famille de protéines servant de point d'ancrage aux holoenzymes (via la sous-unité R) pour les immobiliser à certains endroits spécifiques dans les cellules diverses AKAP pouvant fixer une ou plusieurs holoenzymes . . rem: differentes isoenzymes R: R , Rβ, Cα, Cβ1... => modulation α . ---. . . . ----. . .> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (9 of 21)26 03 2007 10h15h04 Controle de l'activite cellulaire - AMPc < . . . . . . . -. . . . --. . . . ---. . . . ----. . .> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (10 of 21)26 03 2007 10h15h04 Controle de l'activite cellulaire - AMPc < Phosphorylation des protéines cibles . . les protéines cibles (enzymes) après phosphorylation . protéine + ATP protéine-P + ADP . passent de actives à inactives ou d'inactives à actives (dépendant du type de protéine) . une phosphoprotéine phosphatase-1 (PPP-1) déphosphoryle les protéines cibles pour les rendre de nouveau inactives ou actives . . -phosphorylation active ou désactive les protéines-cibles (enzymes, etc.) . . . . --. . . . ---. . . reconnaissance des protéines à être phosphorylées: séquence RRQS (arg - arg - gln - ser) . ----. . .> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (11 of 21)26 03 2007 10h15h04 Controle de l'activite cellulaire - AMPc < . pour empêcher que PPPase-1 ne vienne déphosphoryler trop vite la PK-A phophoryle inhibiteur des PPP-1 (IP) qui, lorsque phosphorylé se complexe à PPP-1 pour l'inhiber . . . pour empêcher que PPPase ne vienne déphosphoryler trop vite la PK-A phophoryle inhibiteur des PPPases (IP) qui, lorsque phosphorylé se complexe à PPPase pour l'inhiber . . . -. . . . --. . . . ---. . . . ----. . .> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (12 of 21)26 03 2007 10h15h04 Controle de l'activite cellulaire - AMPc < . . Exemple type; régulation du metabolisme du glycogène par le glucagon glucagon (foie). adrénaline (muscle) active (à travers la glycogène phosphorylase kinase) la glycogène phosphorylase: enzyme de controle de la glycogénolyse . inhibe la glycogène synthase: enzyme de controle de la glycogénèse . . . . -. . . . --. . . . ---. Une foule d'autres enzymes sont activées/désactivées de la même manière par le glucagon, l'adrénaline ou d'autres hormones utilisant l'AMPc comme second messager. . phosphorylation de la triacylglycérol lipase (TAGL) des adipocytes bruns par la noradrénaline . . ----. . .> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (13 of 21)26 03 2007 10h15h04 Controle de l'activite cellulaire - AMPc < Dégradation de l'AMPc . . phosphodiestérase (PD): . - AMP AMPc divers types de PD sont activées de différentes façons . ● ● PD activée par phosphorylation PK-A par calmoduline liée au Ca ( CaM-Ca) . . . -Retour à la nomale . . récepteur est désensibilisé par une kinase (récepteur kinase): => ne peut plus activé la protéine G . . G : hydrolyse de GTP en GDP => disssociation avec cyclase et ré-association avec G --- α . . . . adényl cyclase: arrêt de production d'AMPc CaM-Ca Gβλ (certaines isoformes de l'adényl cylase) ---. AMPc: dégradée en AMP par la phosphodiestérase . . . protéines phosphorylées: déphosphorylées par PPPI ----. . .> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (14 of 21)26 03 2007 10h15h04 βγ Controle de l'activite cellulaire - AMPc < . Modulation par des proteines interagisssant avec RCPG (PIR) (GPCR-interacting proteins (GIPs)) modulate receptor function. . . . • altération de l'affinité du récepteur pour le ligand • • dimérisation ou oligomérisation des récepteurs controle de la localisation du récepteur • association avec d'autres éléments de signalisation Autres mécanismes des systèmes à AMPc . . . -. . . . --. . . . ---complexe G . αβ libre qui a diffusé peut aussi affecter certains processus . . . ----. . .> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (15 of 21)26 03 2007 10h15h04 Controle de l'activite cellulaire - AMPc < Désensibilisation (adaptation) . . . L'effet des hormones à second messager ne dure pas indéfiniment. . A la longue, après une exposition continue, l'hormone n'a plus d'effet = période réfractaire . . une période de non-exposition doit suivre pour que la cellule se remette à répondre à l'hormone. . -- Un des mécanismes proposés: phosphorylation des récepteurs . Des sites de phosphorylation existent sur la partie cytoplasmique du récepteur . La présence d'hormone sur le ligand rend ces sites favorables à la phosphorylation. . . Plus le récepteur est phosphorylé moins il a d'affinité pour l'hormone et moins il peut activer la protéine G. --. => une surcharge d'hormone (concentration, temps d'exposition) n'a pas nécessairement plus d'effet . => l'hormone ne peut agir qu'un certain temps . . le récepteur phosphorylé peut être ramené à l'intérieur via une internalisation sur une vésicule (destruction ou stockage temporaire) (Ce mécanisme est cependant mis en doute) ---. . . . ----. . .> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (16 of 21)26 03 2007 10h15h04 Controle de l'activite cellulaire - AMPc Inhibiteurs ou perturbateurs artificiels ou pathoogiques du système de transduction < . . . forksoline active l'adényl cyclase indépendamment de Gsα . . toxine cholérique bloque la désactivation de Gs en catalysant l'ADP-ribosylation α . . -- toxine pertussique (Bordetalla pertussis, bactérie causant la coqueluche) bloque l'activation de Gi . . caféine, théophylline (dérivés xanthine) . bloque la PD . --. . . . ---. . . . ----. . .> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (17 of 21)26 03 2007 10h15h04 Controle de l'activite cellulaire - AMPc Activation génique par les systèmes a AMPc < . les systèmes à AMPc on surout une action cytoplasmique: activer/désactiver par phosphorylation des protéines déjà présentes dans le cytoplasme . dans certains cas ces hormones ont aussi une action génique par le facteur CREB . - CREB (cAMP response element binding protein) . facteur de transcription nucléaire . CREB phosphorylé en presence d'AMPc => actif (Ca2+ peut activer ce processus) . se lie aux promoteurs contenant élément de réponse de AMPc . active/module transcription des genes possédant ce promoteur -- ex. : spermatogénese, mémoire, rythme circadien . . . . --. . . . ---. . . . ----. . .> file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/sgn/sgn3Camp.html (19 of 21)26 03 2007 10h15h04
