communication/signalisation
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Communication/Signalisation. Organisme pluricellulaire Objectif: conservation de l ’individu et de l ’espèce Moyen: matière et énergie prélevées du milieu extérieur Structure hiérarchisée nécessité : des communications soit un échange d ’informations en relation avec l ’environnement - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Communication/Signalisation
• Organisme pluricellulaire• Objectif: conservation de l ’individu et de l ’espèce
• Moyen: matière et énergie prélevées du milieu extérieur
• Structure hiérarchisée• nécessité : des communications soit un échange
d ’informations en relation avec l ’environnement – Coordination des changements adaptatifs
– assurer le développement de l ’individu
» Formation de l ’organisme à partir du zygote (conservation de l ’individu)
» reproduction (conservation de l ’espèce)
Communication/Signalisation
• Société cellulaire– Organisme humain 10 000 milliards de cellules
intégrées dans un réseau de communications• émission de signaux
– provenant des autres cellules
– destiné à d ’autres cellules
– informant sur la matrice extracellulaire et sur le milieu extérieur
Communication/Signalisation
Survie
division différenciation
Mort
20% des gènes codent pour des protéines de la communication
Cellule émettrice
Cellule réceptrice
Messager chimique
récepteur
réponse
Communication/Signalisation
• Communication par voie nerveuse– transmission synaptique
• Communication par voie humorale– transmission endocrine ou neuroendocrine
• Communication par voie locale– transmission paracrine et autocrine
Communication/Signalisation
Communication/SignalisationLocale
Autocrine
Paracrine
Médiateurs locaux: Cytokines, NO, PG
Communication/Signalisation
circulation
Cellule endocrine/neuroendocrine Cellule cible
Messagers : hormones sécrétées dans le sang par les cellules endocrines et agissent à distance sur les cellules cibles la
distance rend les communications assez lentes. la diffusion est large donc la spécificité doit être extrême
Communication/Signalisation
Messager: neurotransmetteur ou neuromédiateur, les faibles distances (messager/récepteur) sont responsables de la vitesse de communication
Communication/SignalisationCommunication par jonctions lacunaires
Jonction GAP (connexons)
Communication par les molécules d ’adhérences (juxtacrine)protéine CAM (cell adhesion molecules) intégrines, sélectines ….
Communication/Signalisation
Cellule émettrice
Cellule réceptrice
Messager chimique X
récepteur
Réponse Y
Rétrocontrôle négatif ou positif (moins fréquent)
Cellule émettrice
Cellule réceptrice
Messager chimique X
récepteur
Réponse Y
Rétrocontrôle par X
Communication/Signalisation
Cellule émettrice 1
Cellule réceptrice
récepteur
Réponse Y
Communication/Signalisationrégulation
X
Cellule émettrice 2Cellule émettrice 3
Messagers chimiques
• Une cellule émettrice peut produire plusieurs messagers
• Un même messager peut être impliqué dans différentes communications
• Un messager impliqué dans un type de communication peut produire des effets différents selon le type cellulaire
• Une cellule réceptrice peut produire les mêmes effets avec différents messagers
Messagers chimiques
• Les messagers interagissent avec des récepteurs membranaires ou cytoplasmiques
– les molécules hydrosolubles avec les récepteurs membranaires• hormones peptidiques , cytokines, neurotransmetteurs….
– Les molécules liposoluble avec les récepteurs cytoplasmisques• hormones stéroïdes, thyroïdienne, rétinoïde, NO
– Exceptions• les dérivés du tétrahydrocannabinol et certains stéroïdes ont des récepteurs
membranaires
– Conséquences• Les hormones liposolubles sont véhiculées dans le sang sous forme liées et
leurs demi-vie est longue
• Les hormones hydrosolubles sont sous formes libres leurs demi-vie est courte
• seules les formes libres sont actives
Messagers chimiques
• La liaison d ’un messager à son récepteur active une voie de signalisation intracellulaire
• Les messagers hydrophobes sur les récepteurs cytoplasmiques est directe par activation d ’un facteur de transcription
– augmentation de la synthèse de protéine
• Les messagers hydrophiles sur les récepteurs membranaires mettent en
jeux des voie d ’activation intracellulaire complexe – modification des propriétés de canaux ioniques, du métabolisme, du
cytosquelette
• toutes ces modification affectent soit le métabolisme , la division la différenciation ou l ’apoptose des cellules
Les récepteurs
• Caractéristiques
• spécificité, affinité,saturabilité,réversibilité, couplage
• Deux groupes– les récepteurs nucléaires ou cytoplasmiques
(solubles)– Les récepteurs membranaires
Les récepteurs
• Les récepteurs cytoplasmiques sont des facteurs de transcription activés par un ligand, ils forment une superfamille de récepteurs dont certains ne possèdent pas de ligand connu: les récepteurs orphelins
• L ’activation de ces récepteurs cytoplasmiques entraîne une translocation nucléaire
• un récepteur nucléaire est nommé par l ’initiale du ligand avant R pour récepteur
• récepteurs aux glucocorticoïdes ou GR
Les récepteurs membranaires• Récepteurs récepteurs ionotropiques
• Récepteurs non canaux ioniques ou métabotropiques (une enzyme qui produit un second message)– RTK (enzyme intrinsèque)– (RCPG) Récepteurs couplés aux protéines G
(enzyme associée)
Les récepteurs membranaires
• Récepteur transduisant le signal par l ’intermédiaire de protéine G
• On estime que 40% des cibles pharmacologiques sont des RCPG
signaux
• Augmentation d ’AMPc
• Diminution d ’AMPc
• Augmentation d ’IP3 et de Ca++
LigandRécepteurTransducteurEffecteurSecond messager
Les protéines G sont des hétérotrimères avec 3 SU , , .
Une protéine G qui active la formation d'AMPC est une G stimulatrice ou Gs avec une SU Gs.
Gs épinéphrine, glucagon, vasopressine.
Le récepteur pour l'épinéphrine est le récepteur -adrenergique
Plusieurs récepteurs peuvent lier un même ligand et un même ligand peut stimuler différentes voies de signalisation
Gs, sa liaison au GTP, activate l'Adenylate cyclase.
Gi, sa liaison au GTP, inhibe l'Adenylate cyclase.
Des effecteurs et récepteurs différents induisent les echanges de GDP des proteines G stimulatrices ou inhibitrices.
Quelquefois G qui est libéré lors de l'échange est un effecteur qui interagit et active d'autres protéines.
Small GTP-binding proteins include (roles indicated):
initiation & elongation factors (protein synthesis). Ras (growth factor signal cascades). Rab (vesicle targeting and fusion). ARF (forming vesicle coatomer coats). Ran (transport of proteins into & out of the nucleus). Rho (regulation of actin cytoskeleton)
All GTP-binding proteins differ in conformation depending on whether GDP or GTP is present at their nucleotide binding site.
Generally, GTP binding induces the active state.
& sont modifiés par des lipides (ancres lipidiques) qui les fixent à la surface interne de la membrane
Adenylate Cyclase (AC) est une protéine transmembranaire avec un domaine catalytique cytosolyque
AC
hormone signal outside GPCR plasma membrane
GTP GDP ATP cAMP + PPi
cytosol
GDP GTP
La SU de G fixe le GTP, et peut l'hydrolyser en GDP + Pi.
1-Non activé Gest lié au GDP et les SU forment le complexe hétérotrimérique.
AC
hormone signal outside GPCR plasma membrane
GTP GDP ATP cAMP + PPi
cytosol
GDP GTP
Le complexe G inhibe G.
2. La liaison de l'hormone au RCPG correspondant induit un changement conformationel extracellulaire qui ce propage à l'interface de fixation de la protéine G intracellulaire. Le site nucleotide-binding site devient plus accessible dans le cytoplasme ou [GTP] > [GDP]. G libére GDP & fixe GTP (GDP-GTP exchange).
AC
hormone signal outside GPCR plasma membrane
GTP GDP ATP cAMP + PPi
cytosol
GDP GTP
3. Substitution de GTP pour GDP provoque un autre changement conformationnel de G.
G-GTP est libéré du complexe inhibiteur et peut activer une enzyme permettant la formation d'un second messager.
AC
hormone signal outside GPCR plasma membrane
GTP GDP ATP cAMP + PPi
cytosol
GDP GTP
4. Adenylate Cyclase,activée par G-GTP, catalyse la synthèse d' AMPc.
5. Proteine Kinase A (cAMP Dependent Protein Kinase) catalyse la phosphorylationde nombreuses protéines et modifie leur activité.
AC
hormone signal outside GPCR plasma membrane
GTP GDP ATP cAMP + PPi
cytosol
GDP GTP
La toxine Cholérique catalyse le modification covalente of Gs.
• ADP-ribose est transfére du NAD+ to à une arginine présente dans le site actif GTPase de Gs.
• ADP-ribosylation empèche l'hydrolyse du GTP par Gs.
• La proteine G stimulatrice est en permance activée et stimule la sécétion ionique et d'eau.
La Pertussis toxine (coqueluche) catalyses l'ADP-ribosylation d'une cysteine Gi, elle devient incapable d'échanger le GDP pour le GTP
• La voie inhibitrice est bloquée donc l'adénylate cyclase est augmentée et inhibe les sécrétions bronchiques .
ADP-ribosylation est un mécanisme générale de régulation des protéines
CH2
HHOH OH
H HOOP
O
HHOH OH
H HOCH2
N
N
N
NH2
OP
O
O
N O
(CH2)3
NH
C NH2+
protein
NH
O
H
CNH2
O
CH2
H
N
HOH OH
H HOOP
O
HHOH OH
H HOCH2
N
N
N
NH2
OP
O
O
O
N O
H
CNH2
O
NH
+
+
(CH2)3
NH
C NH2+
protein
NH2
NAD+
nicotinamideArg
residue
ADP-ribosylated protein
(nicotinamideadeninedinucleotide)
ADP ribosylation
Les seconds messagers
Adenylate Cyclase (Adenylyl Cyclase) catalyse: ATP cAMP + PPi
certaines hormones à la surface d'une cellule catalysent la formation d'AMPc intracellulaire
l'AMPc est considéré comme un second messager
N
N N
N
NH2
O
OHO
HH
H
H2C
HO
PO
O-
1'
3'
5' 4'
2'
cAMP
Phosphodiestérase catalyse
cAMP + H2O AMP
Les phosphodiesterases hydrolysent l'AMPc
Le second messager stimule sa propre dégradation permettant un arrêt du signal
N
N N
N
NH2
O
OHO
HH
H
H2C
HO
PO
O-
1'
3'
5' 4'
2'
cAMP
Protein Kinase A (cAMP-Dependent Protein Kinase) transfert Pi de l' ATP à une Ser or Thr
Protein Kinase A à l'état de repos est un complexe de • 2 SU catalytiques (C) • 2 SU régulatrices (R).
et forme une structure quaternaire R2C2
Chaque SU régulatrice contient une séquence pseudosubtrat qui mime le domaine substrat d'une proteine mais avec une Ala substituant Ser/Thr.
Ce pseudosubstrat de R qui ne peut etre phosphorylé est lié au site actif de la SU C et ainsi bloque son activité
R2C2 + 4 cAMP R2cAMP4 + 2 C
Quand R fixe 2 AMPc il y changement conformationnel et libération de la SU C
La SU peut ainsi catalyser la phosphorylation de Ser/Thr des protéines cibles.
PKIs, Protein Kinase Inhibitors, modulent l'activité de la SU catalytique .
Phosphatidylinositol Signal
O P
O
O
H2C
CH
H2C
OCR1
O O C
O
R2
OH
H
OH
H
H
OHH
OH
H
O
H OH
1 6
5
43
2
phosphatidyl-inositol
Kinases catalysent le transfert de Pi de l'ATP en position 4 et 5 de l'inositol pour former phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIP2).
PIP2 est hydrolysé par la Phospholipase C.
O P
O
O
H2C
CH
H2C
OCR1
O O C
O
R2
OH
H
OPO 32
H
H
OPO 32H
OH
H
O
H OH
1 6
5
43
2
PIP2 phosphatidylinositol- 4,5-bisphosphate
Quant un RCPG est activé il échange le GDP pour du GTP et le complexe Prot Gq GTP active la PLC
Ca++, est nécessaire à l'activité de la PLC
O P
O
O
H2C
CH
H2C
OCR1
O O C
O
R2
OH
H
OPO 32
H
H
OPO 32H
OH
H
O
H OH
1 6
5
43
2
PIP2 phosphatidylinositol- 4,5-bisphosphate
cleavage by Phospholipase C
Différentes formesde PLC ayant différents domaines de régulation peuvent etre impliquées
G-protein, Gq active une forme de PLC
Hydrolyse de PIP2, catalysée par Phospholipase C, produit 2 second messagers: inositol-1,4,5-trisphosphate (IP3) diacylglycerol (DG).
Diacylglycerol, avec Ca++, activent la Protein Kinase C, qui catalyse la phosphorylation de nombreuses protéines intracellulaires
O HH 2 C
C H
H 2 C
OCR 1
O O C
O
R 2
d iacylg lycero l
O H
H
O PO 32
H
H
O PO 32 H
O H
H
H O H
O PO 32
1 6
5
43
2
IP 3 in o sito l-1 ,4 ,5 -trisp h o sp h a te
IP3 active Ca++-release channels dans la membrane du réticulum.
Ca++ stocké est libéré dans le cytoplasme et aide à l'activation de la Proteine Kinase C.
Signal turn-off diminution du Ca++ du cytoplasme via les Ca++-ATPase pompes, & degradation de IP3.
Ca++
ATP ADP + Pi
Ca++
IP3
calmodulin
endoplasmic reticulum
Ca++
Ca++-ATPase
Ca++-release channel
≈ 2000 disques dans la membrane desquels
se trouve la rhodopsine
synthèse des molécules mises en jeu dans la vision
segment interne segment externe
Cellules photoréceptrices
pigments
pigments
membrane
membrane
bâtonnet cône
Les cellules photo-réceptrices sont situés dans le segment externeformés de disques empilés contenant la rhodopsine
rétinal
membrane
Rhodopsine = protéine (opsine) + chromophore (rétinal)
Récepteurs photoniquesRhodopsine
opsine + chromophore 11-cis-rétinal
rétinal
opsine
La rhodopsineprotéine qui transforme l’énergie lumineuse en signal électrique
Bactéries = production d’énergie
bactériorhodopsine
Vertébrés = vision
h
gradient de H+
synthèse de l’ATP
h
stimulation de la protéine G‘transducine’
Rhodopsine : récepteur visuel des bâtonnets
Opsine
chaîne de 348 acides aminés
formant 7 hélices trans- membranaires
extrémité extra cellulaire
extrémité intra-cellulaire
Protéine trans-membranaire
Récepteurs photoniques
Bâtonnets = rhodopsine
Rhodopsineopsine + chromophore 11-cis-rétinal
rétinal
opsine
Le chromophore est le rétinal
Aldéhyde de la vitamine A
lié par une base de Schiff à un groupement lysine de l’opsine
opsine
rétinal
RCHO H2N-(CH2)4-+ RCH=NH-(CH2)4-
opsinecis-rétinal
H+
rhodopsine
L’activation de la rhodopsine est due à la photo isomérisation du rétinal
rotation de 180° entre les carbones C11 et C12
forme repliée
temps de commutation ≈ picoseconde (10-12 s)
rhodopsineinactive
canaux ioniquesouverts (GMPc)
-40 mV
passage des cations= dépolarisation
GMPc
photo-isomérisation du rétinal
hydrolyse du GMPcfermeture des canaux ioniques
-80 mV
blocage des cations
hyperpolarisation
à l’obscurité à la lumière
Transformation du signal photonique en signal électrique
fermeture des canaux ioniques Na+
potentiel récepteur
La famille des protéines G hétérotrimériques comprend:
Transducine, impliquée dans la détection de la lumière par la rétine
G-proteins impliquées la transduction
Et une grande famille de petites protéines G analogues à G alpha
Structure tridimensionnelle à 2,8 Å de résolution, d'un cristal de rhodopsine. D'après Palczewski K., Kumasaka T., Hori T., Behnke CA., Motoshima H., Fox BA.,
Le Trong I., Teller DC., Okada T., Stenkamp RE., Yamamoto M., and Miyano M.
(2000) Science 289, 739-45.
Arrêt du signalRapide
Lent
Hydrolyse des seconds messagers
Turn off ou arrêt du:
1. G hydrolyse GTP to GDP + Pi. (GTPase).
La presence of GDP sur G permet la liaison avec le comlexe inhibiteur .
Adenylate Cyclase n'est plus activée
2. Phosphodiesterase catalyse l' hydrolyse de cAMP AMP.
O H
H
O H
H
H
O HH
O H
H
H O H
O H
O H
H
O PO 32
H
H
O PO 32 H
O H
H
H O H
O PO 32
(3 s teps)+ 3 P i
IP 3 inosito l
désensibilisation
La stimulation du récepteur apres stimulation del'adenylate cyclase permet le recrutement de GRK2 à la membrane elle phosphoryle le récepteur et recrute bg c ce complexe recrute la PDE qui hydrolyse l 'AMPc et augmente la désensibilisation
Désensibilisation
Organisation structurale des arrestines.
Désensibilisation et pistes thérapeutiques
Arrêt du signal :
La desensibilisation intervient .
Certains récepteur sont phosphorylés via des kinases spécifiques .
Le récepteur phosphorylé peut être lié à une protéine la -arrestine, qui permet l'internalisation du récepteur par un processus d'endocytose clathrine dependant
Proteines Phosphatases catalyse hydrolyse les phosphates associées par la PKA
Endocytose clathrine dépendante
83
Fig 13-6
• Puits et vésicules recouverts de clathrine
84
Clathrine• Une sous-unité de clathrine =
– 3 grosses chaînes +– 3 petites chaînes
• Une sous-unité = un triskélion• Assemblage des triskélions en un panier
d'hexagones et pentagones• Triskélions peuvent s'assembler
spontanément en panier meme sans membrane
Clathrine
86
Fig 13-7
• Manteau de clathrine(C) Cryo-électro-microphotographie
(B) Deux triskélionschaînes lourdes en gris ou rouge
chaînes légères en jaune
(A) Ombrage au platine
87
Adaptine
• Protéine de manteau à clathrine• Complexe multiprotéique• Lie la clathrine à la membrane• Piège les protéines transmembranaires dont les récepteurs qui
capturent les cargos solubles• Au moins 4 types d'adaptine pour les différents récepteurs de
cargo
88
Fig 13-8
• Assemblage et désassemblage d'un manteau de clathrine– Les adaptines se lient à la clathrine et au complexe
cargo/cargo-r– Dynamine = GTPase
89
Fig 13-9
Rôle de la dynaminePuits à clathrine dans les
cellules nerveuses de drosophiles shibire ayant
une mutation du gène de la dynamine entraînant une
paralysie. Anneau correspondant à la
dynamine mutée
90
Perte du manteau
• La vésicule quitte la membrane• Le manteau de clathrine est perdu
immédiatement– intervention de chaperonne de la famille des
hsp70 (ATPase)– auxilline active l'ATPase
• La vésicule doit attendre d'être constituée pour que le manteau se retire
91
Spécificité du manteau
• Mécanismes généraux identiques• Mais chaque membrane a ses
spécificités– membrane plasmique (riche en cholestérol)
: nécessité de beaucoup d'énergie– autres membranes : existence de
bourgeonnements
Si le modèle 1 est correct, l’activation va conduire à la formation de nouvelles zones ponctuelles qui vont apparaître colorées en vert (dans le cas où elles ne contiennent que la b-arrestine 2-GFP) ou en jaune (en cas de colocalisation avec RFP-Eps-15) dans une image superposée. Si le modèle 2 est juste, on s’attend à ce que la b-arrestine 2-GFP s’accumule en totalité dans les puits recouverts préexistants, dont la coloration apparente va passer du rouge au jaune après superposition
Vrai si EPS15 marque de facon stable l'endocytose constitutive
Deux modèles 1-RCPG produisent leurs vésicules
2-RCPG colocalisent avecdes vésicules préxistants