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Approfondissement des connaissances en biologie moléculaire [email protected] Master IADE – Année 2013-2014 Plan du cours • Rappels de biologie moléculaire et de biologie cellulaire – Les molécules du vivant – Le support de l’information génétique et son décodage – L’organisation de la cellule animale • Les outils et les approches expérimentales utilisées par les chercheurs • Les mécanismes qui permettent aux cellules de communiquer entre elles Les mécanismes qui permettent aux cellules de communiquer entre elles Master IADE – Année 2013-2014 Pourquoi cela concerne votre pratique : les médicaments utilisés en anesthésie • • • • • • • • Gaz et halogènes: N20, isoflurane,... Hypnotiques: Etomidate, Propofol,... Benzodiazépines: Diazépam, Midazolam, Dormicum, Hypnovel Morphinomimétiques agonistes: Morphine, Sufentanil,.... Morphinomimétiques antagonistes: Naloxone,... Myorelaxants: Iodure de suxaméthium, curares Anesthésiques locaux: Lidocaine,... Sympathomimétiques: Epinéphrine, Nicardipine,... Les cibles des médicaments utilisés en anesthésie • Récepteurs α et β adrénergique : sympathomimétiques • Récepteur de l’acide γ amino butytirique (GABA): benzodiazépines, barbituriques, anesthésiques volatils, anesthésiques intraveineux • Récepteur du glutamate (NMDA) : kétamine • Récepteur nicotinique de l’acétylcholine (NMDA) : curares • Récepteurs des opiacés : morphinomimétiques • Récepteur des glucocorticoïdes: dexaméthasone • Canaux sodium dépendants du voltage: lidocaine Deux grands modes de communication • Contacts directs entre cellules adjacentes – Via des jonctions communicantes « gap » entre cytoplasmes de cellules adjacentes – Via des molécules d’adhérence présentes à la surface cellulaire • Communication entre cellules non adjacentes via la sécrétion et la capture de molécules solubles – Molécules hydrophobes: hormones stéroïdes, hormones thyroïdiennes, rétinoïdes, vitamine D – Molécules hydrosolubles: acides aminés et leurs dérivés (glutamate, GABA), peptides et protéines (cytokines, facteurs de croissance,…) Contacts directs entre cellules adjacentes Les jonctions communicantes (gap) • Mise en relation des cytoplasmes de deux cellules adjacentes et échanges de métabolites et d’ions • Permettent – – – – Le maintien de l'homéostasie tissulaire Le maintien des concentrations et du pH intracellulaire Le comportement synchronisé des cellules L'amplification de la réponse hormonale : couplage métabolique – La transmission de signaux : couplage électrique Les molécules d’adhérence Les molécules d’adhérence • Exprimées à la surface de la cellule et capables d’interactions homotypiques ou hétérotypiques • Permettent – L’adhésion entre les cellules adjacentes ou la matrice extracellulaire (ECM) • Réparties en 4 classes – – – – Membres de la superfamille des immunoglobulines Intégrines Cadhérines Sélectines Communication entre cellules non adjacentes via la sécrétion et la capture de molécules solubles Sécrétion autocrine, paracrine et endocrine L’exemple de la transmission de l’influx nerveux La transmission de l’influx nerveux Les deux grandes classes de molécules impliquées dans la communication entre cellules non adjacentes • Molécules hydrophobes – Hormones stéroïdes – Hormones thyroïdiennes – Certaines vitamines et leurs dérivés • Molécules hydrosolubles – Acides aminés et leurs dérivés (glutamate, GABA) – Peptides et protéines (cytokines, facteurs de croissance,…) Communication via la sécrétion et la capture de molécules hydrophobes Exemples de molécules hydrophobes • Hormones stéroïdes : lipides dérivant de lipides à 30 atomes de carbone – Glucocorticoïdes et minéralocorticoïdes – Oestrogènes – Androgènes – Progestérone • Hormones thyroïdiennes : produites par la thyroïde – Thyroxine – Tri-iodothyronine • Certaines vitamines et leurs dérivés – Dérivés de la vitamine A – Vitamine D Exemples de molécules hydrophobes Caractéristiques et mode d’action • Hydrophobes et donc capables de diffuser à travers les membranes cellulaires • Durée de vie longue : plusieurs heures / jours • Agissent via la fixation à des récepteurs nucléaires qui ont la capacité de se lier à l’ADN de contrôler la transcription des gènes Des molécules importantes dans le domaine de la santé: le cortisol et des dérivés synthétiques • Le cortisol – Sécrété par la glande surrénale à partir du cholestérol en réponse à la production d'ACTH par l’hypophyse – Impliqué dans la régulation de la glycémie, des réponses immunitaires et du métabolisme des graisses, protéines et glucides • Les analogues synthétiques du cortisol : dexaméthasone – Utilisée pour traiter les maladies inflammatoires et auto-immunes – Administrée aux patients atteints de cancer qui subissent une chimiothérapie pour contrecarrer certains effets secondaires de leur traitement antitumoral – Dans le cadre de l'anesthésie pour prévenir des nausées et vomissement post-opératoires (NVPO) Structure des récepteurs nucléaires • Région A/B: région aminoterminale variable selon le récepteur • Région C: très conservée, contient deux domaines dit « doigts Zinc » qui permettent la fixation à des séquences d’ADN appelées HRE « Hormone Responsive Element » • Région D: charnière • Région E: domaine de fixation du ligand • Région F: région carboxyterminale très variable selon le récepteur Les deux types de récepteurs nucléaires • Récepteurs nucléaires de type I – Localisation cytoplasmique en absence du ligand – Exemples: récepteurs des androgènes, récepteur des oestrogènes, récepteur des glucocorticoïdes, récepteur de la progestérone • Récepteurs nucléaires de type II – Localisation nucléaire en absence du ligand – Exemples: Récepteur de l’acide rétinoïque, récepteur des enzymes thyroïdiennes Récepteurs nucléaires de type 1 HSP : protéine de choc thermique HRE : élément de réponse aux hormones NR : récepteur nucléaire Récepteurs nucléaires de type 1 • L’hormone traverse la membrane plasmique • L’hormone se lie au récepteur qui est localisé dans le cytoplasme • Le récepteur change de conformation et se dissocie des protéines de choc thermique auxquelles il était associé • Le récepteur s’associe à lui même (dimérisation) et migre dans le noyau via des pores nucléaires • Le récepteur se fixe à l’ADN de la cellule sur des séquences appelées « HRE » qui sont localisées en amont de certains gènes • Le récepteur recrute d’autres protéines (coactivateur, ARN polymérase) qui vont permettre la transcription des gènes cibles Récepteurs nucléaires de type 2 LBD : domaine de fixation du ligand HRE : élément de réponse aux hormones TR : récepteur de l’hormone thyroïdienne Récepteurs nucléaires de type 2 • L’hormone traverse la membrane plasmique • L’hormone se lie au récepteur qui est localisé dans le noyau • Le récepteur change de conformation et se dissocie des protéines co-répresseur auxquelles il était associé • Le récepteur s’associe à la protéine RXR et cet hétérodimère se fixe à l’ADN de la cellule sur des séquences appelées « HRE » qui sont localisées en amont de certains gènes • Le récepteur recrute d’autres protéines (coactivateur, ARN polymérase) qui vont permettre la transcription des gènes cibles Agonistes et antagonistes des récepteurs nucléaires • Agonistes – Miment l’effet d’hormones endogènes et activent la transcription de gènes cellulaires via la fixation à des récepteurs nucléaires – Exemple: la dexaméthasone est un agoniste du récepteur des glucocorticoïdes • Antagonistes – Bloquent l’action des hormones endogènes en se fixant au récepteur nucléaire sur le même site (fixation compétitive) – La fixation d’un antagoniste à un récepteur nucléaire induit une modification conformationnelle du récepteur qui empêche la fixation des co-activateurs et facilite la fixation des co-répresseurs – Exemple: La mifépristone est un antagoniste du récepteur des glucocorticoïdes et de celui de la progestérone utilisée dans la prise en charge de (1) l’ inductions du travail en cas de mort fœtale in utero, (2) des interruptions thérapeutiques de grossesse • Représentation schématique du mode d’action des agonistes et antagonistes du récepteur des oestrogènes
