Communications cellulaires

Comme les organismes multicellulaires, les cellules ont individuellement besoin de percevoir leur environnement et d’y répondre (nutrition, lumière, dangers….)

Dans un organisme multicellulaire, chaque cellule utilise ces capacités pour communiquer avec les autres cellules

3 modes des communication cellulaires sont possibles sécrétion de substances chimiques signal à distance contact physique direct molécules liées à la membrane jonctions type « gap » échange de molécules informatives

Dans une voie de communication, les points critiques sont ceux où l’information est convertie d’une forme en une autreOn appelle ce processus de conversion la transduction du signal

Les cellules fonctionnent de cette façon en utilisant

des signaux = molécules informatives des moyens de réception = récepteurs des moyens de transduction = protéines de signalisation intracellulaire

Les moyens de la transmission chimique

Les molécules informatives ou transmetteursoligopeptidesmacroprotéines et glycoprotéinesacides aminésstéroïdesdérivés d’acides grasgaz

Grande variété de taille, de solubilité, de stabilité

Molécules signal Lieu d’origine Nature chimique Certaines actions Hormones Adrénaline Glande surrénale Dérivé de l’acide

aminé tyrosine Augmente la pression artérielle, le rythme cardiaque et le métabolisme

Cortisol Glande surrénale Stéroïde (dérivé du cholestérol)

Intervient dans la plupart des tissus, dans le métabolisme des protéines, des hydrates de carbones et des lipides

Estradiol Ovaire Stéroïde (dérivé du cholestérol)

Induit et maintient les caractères sexuels secondaires femelles

Glucagon Cellules du pancréas

Peptide Stimule la synthèse du glucose, le catabolisme du glycogène et celui des lipides, par exemple dans les cellules hépatiques et les cellules graisseuses

Insuline Cellules du pancréas

Protéine Stimule la captation du glucose, la synthèse protéique et celle des lipides, dans par exemple les cellules du foie

Testostérone Testicule Stéroïde (dérivé du cholestérol

Induit et maintient les caractères sexuels secondaires mâles

Hormone thyroïdienne (thyroxine)

Glande thyroïde Dérivé de l’acide aminé tyrosine

Stimule le métabolisme de beaucoup de types cellulaires

Médiateurs locaux Facteur de croissance épidermique (EGF)

Diverses cellules Protéine Stimule la prolifération des cellules de l’épiderme et de beaucoup d’autres types cellulaires

Facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF)

Diverses cellules, dont les plaquettes du sang

Protéine Stimule la prolifération de nombreux types cellulaires

Facteur de croissance du nerf (NGF)

Divers tissus innervés

Protéine Promeut la survie de certaines classes de neurones ; promeut la croissance de leur axone

Histamine Mastocytes Dérivé de l’acide aminé histidine

Entraîne la dilatation des vaisseaux sanguins et les rend perméables ; contribue à entraîner l’inflammation

Monoxyde d’azote (NO)

Cellules nerveuses ; cellules endothéliales bordant les vaisseaux sanguins

Gaz dissous Entraîne la relaxation des cellules musculaires lisses ; contrôle l’activité de la cellule nerveuse

Neurotransmetteurs Acétylcholine Terminaisons

nerveuses Dérivé de la choline Neurotransmetteur stimulant à de

nombreuses synapses nerf-muscle et dans le système nerveux central

Acide γ-aminobutyrique (GABA)

Terminaisons nerveuses

Dérivé de l’acide glutamique (acide aminé)

Neurotransmetteur inhibiteur dans le système nerveux central

Molécules de signalisation dépendant du contact Delta Neurones à venir ;

divers autres types de cellules embryonnaires

Protéine transmembranaire

Empêche les cellules voisines de se spécialiser de la même façon que la cellule émettant le signal

Transmission endocrine = diffusion par voie sanguinehormones glandes endocrineslentespécificité du signal due à propriétés chimiques des hormones

propriétés chimiques des récepteurs

Transmission paracrine = diffusion dans l’environnement cellulairemédiateurs chimiques locaux transmission nerveuse

prostaglandinesrapidespécificité du signal due à proximité

Transmission neuronale = diffusion nerveuseneurotransmetteursimmédiate (longue distance mais voie privilégiée, rapide)signal = impulsion électrique transformée en signal chimiquespécificité au niveau des synapses (< 100nm de distance, < 1ms)

contact directcommunication la plus intime et la plus courteSignal = molécule de membrane de la cellule émettriceSpécificité due à réception = molécule de membrane de la cellule cible

Modalités d’envoi des signaux (4 possibilités)

Sécrétion de substance chimique

Contact physique direct

Exemple de communication par contact directProtéine de signalisation deltaMolécule réceptrice notch

Lors du développement embryonnaire, la cellule destinée à devenir le futur neurone empêche la transformation des cellules adjacentesCe processus est très largement utilisé pour le contrôle de la formation de types cellulaires différenciés

Les moyens de la transmission chimique

La cellule est soumise à l’afflux de nombreux types de signauxSélection du signal selon la fonction de la cellule et son étatExistence de récepteurs appropriés

Les moyens de la transmission chimique

Les récepteurs mis en œuvre sont appropriés, donc en principe,

une molécule signal une cellule cible un récepteur donné un effet

mais cependant, la transmission est complexe

multitude d’effets possibles protéines relais cibles intracellulaires

multitudes de récepteurs interactions des systèmes relais présence d’un signal modifie

réponse aux autres signaux

cascade de signalisation transfert physique de l’information amplification distribution et organisation modulation en fonction de la cellule

Comme toujours, la cellule conjugue grande efficacité et économie de moyens

La même molécule informative peut induire des réponses différentesdans des cellules cibles différentes

(A) et (B) récepteurs différents

(B) et (C) récepteurs identiques activation de modes de

réponse différents

La cascade de signalisation

Les moyens de la transmission chimique

Les récepteurs

de surface cellulairetraduisent les signaux en utilisant des molécules informatives

liés aux canaux ioniques catalytiques : protéines kinases phosphorylation liés aux protéines G : transducteursqui activent ou inactivent des enzymes liées à la membrane plasmiqueou des canaux ioniques

intracellulairesactivés par ex par les hormones stéroïdes règlent la transcription des gènesse fixent sur des séquences ADN spécifiques

Récepteur intracellulaire

Récepteur intracellulaire

protéines régulatrices de gènes lent(ex : hormones stéroïdes)ou enzymes rapide(ex NO activant la guanylate cyclaseproduction de GMP cyclique)

localisation cytosol ou noyau cellulaire

Récepteurs de surface

Concernent la grande majorité des signaux

Utilisent le couplage à canal ionique = flux d’ions = effet électrique protéine G = protéine activée vers cascade de signalisation enzyme = protéine activée vers cascade de signalisation

Ces récepteurs sont la cible des signaux physiologiques mais ausside beaucoup de molécules étrangères (héroïne, nicotine, poivre ….)

De nombreuses recherches de l’industrie du médicament s’attachent à trouver des substances se liant à un récepteur défini

Les différents typesde récepteurs

Les récepteurs couplés à une protéine G

activation des sous unités

Activation et inactivation des récepteursfonction de commutateurs cellulaires

Contrôle de canaux ioniques

Activation d’enzymes couplées à la membrane plasmique

Effets d’activationrapides

amplification du signaladaptabilité et sensibilité

Activation de la transcription d’un gènepar augmentation de l’AMP cyclique

Effets d’activation lent chaîne de relais

hormonerécepteur à 7 passages trans mbprotéine Gadenylate cyclase AMP cyclique kinase A protéine régulatrice de gène transcription génique

Réponses cellulaires induites par l’intermédiaire de l ’AMP cyclique par une

hormone

Molécule signal Tissu Principale réponseextra-cellulaire* cible

Adrénaline cœur accélération du rythme etaugmentation de la force decontraction cardiaques

Adrénaline muscle dégradation du glycogène

Adrénaline, ACTH,glucagon graisse dégradation de la graisse

ACTH surrénale sécrétion du cortisol

* Bien que toutes les molécules signalcitées ici soient des hormones, certaines réponses à des médiateurs locaux et neurotransmetteurs sont également obtenues par l’intermédiaire de l’AMP cyclique.

Les récepteurs couplés à une enzyme

Voies de signalisation de la phospholipase C

Réponses obtenues par l’intermédiaire de l ’activation de la phospholipase C

Molécule Tissu Principale réponse signal cible

Vasopressine (une foie dégradation du glycogènehormone protéique)

Acétylcholine pancréas sécrète de l’amylase (uneenzyme digestive)

Acétylcholine muscle lisse contraction

Thrombine (une plaquettes agrégationenzyme protéique) du sang

fertilisation d’un ovule par un spermatozoïde augmentation du Ca 2+ dans la cellule

spermatozoïde

Ovule + colorant fluorescent sensible au Ca 2+

Effets du Ca 2+

Récepteurs couplés à une enzyme

Complexe de signalisation intra cellulaire

Cascade de phosphorylation de la protéine Ras activée

entraîne des changements complexe dans le comportement cellulaire(prolifération cellulaire ou différenciation)

Réseaux d’information cellulaire

Connexions possibles entre voies de signalisation différentes

Mécanismes d’intégration d’un signal

Différents types de jonctions cellulaires des tissus épithéliaux

Jonction communicante de type gap(passage ions et petites molécules)

Facteurs du maintien de l’organisation en tissus