Communication/Signalisation

1
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)

2
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

3
Communication/Signalisation
Survie
différenciation
division
Mort
20 des gènes codent pour des protéines de la
communication
4
Communication/Signalisation
5
Communication/Signalisation

• Communication par voie nerveuse
• transmission synaptique
• Communication par voie humorale
• transmission endocrine ou neuroendocrine
• Communication par voie locale
• transmission paracrine et autocrine

6
Communication/Signalisation
Locale
Paracrine
Autocrine
Médiateurs locaux Cytokines, NO, PG
7
Communication/Signalisation
circulation
Cellule cible
Cellule endocrine/neuroendocrine
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
8
Communication/Signalisation
Messager neurotransmetteur ou neuromédiateur,
les faibles distances (messager/récepteur) sont
responsables de la vitesse de communication
9
Communication/Signalisation
Communication par jonctions lacunaires Jonction
GAP (connexons)
Communication par les molécules d adhérences
(juxtacrine) protéine CAM (cell adhesion
molecules) intégrines, sélectines .
10
Communication/Signalisation
Rétrocontrôle négatif ou positif (moins fréquent)
11
Communication/Signalisation
Messager chimique X
Cellule émettrice
Réponse Y
récepteur
Cellule réceptrice
Rétrocontrôle par X
12
Communication/Signalisationrégulation
Cellule émettrice 2
Cellule émettrice 1
Cellule émettrice 3
X
Réponse Y
récepteur
Cellule réceptrice
13
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

14
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

15
(No Transcript)
16
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

17
(No Transcript)
18
Les récepteurs

• Caractéristiques
• spécificité, affinité,saturabilité,réversibilité,
  couplage
• Deux groupes
• les récepteurs nucléaires ou cytoplasmiques
  (solubles)
• Les récepteurs membranaires

19
(No Transcript)
20
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

21
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)

22
Les récepteurs membranaires

• Récepteur transduisant le signal par
  l intermédiaire de protéine G
• On estime que 40 des cibles pharmacologiques
  sont des RCPG

23
(No Transcript)
24
signaux

• Augmentation d  AMPc
• Diminution d AMPc
• Augmentation d IP3 et de Ca

25
(No Transcript)
26
(No Transcript)
27
(No Transcript)
28
(No Transcript)
29
(No Transcript)
30
Ligand Récepteur Transducteur Effecteur Second
messager
31

• 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

32

• 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.

33

• 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.

34
La SU ?? de G? fixe le GTP, et peut
l'hydrolyser en GDP Pi.

• ?? ? 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

35
Le complexe G??? inhibe G?.

• 1-Non activé G??est lié au GDP et les SU forment
  le complexe hétérotrimérique.

36

• 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 gt GDP.
• G? libére GDP fixe GTP (GDP-GTP exchange).

37

• 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.

38

• 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.

39

• 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

40
(No Transcript)
41
ADP ribosylation
42
Les seconds messagers
43

• 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

44

• Phosphodiestérase catalyse
• cAMP H2O ? AMP
• Les phosphodiesterases hydrolysent l'AMPc
• Le second messager stimule sa propre dégradation
  permettant un arrêt du signal

45

• 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

46

• 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 .

47
Phosphatidylinositol Signal
48

• 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.

49
Différentes formesde PLC ayant différents
domaines de régulation peuvent etre impliquées
G-protein, Gq active une forme de PLC

• 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

50

• 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

51

• 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.

52
(No Transcript)
53
(No Transcript)
54
(No Transcript)
55
Cellules photoréceptrices
56
cône
bâtonnet
membrane
pigments
pigments
membrane
57
Les cellules photo-réceptrices sont situés dans
le segment externe formés de disques empilés
contenant la rhodopsine
58
Rhodopsine opsine chromophore 11-cis-rétinal
Récepteurs photoniques
opsine
rétinal
59
protéine qui transforme lénergie lumineuse en
signal électrique
La rhodopsine
Vertébrés vision
Bactéries production dénergie
bactériorhodopsine
60
Rhodopsine récepteur visuel des bâtonnets
Opsine chaîne de 348 acides aminés formant 7
hélices a trans- membranaires
Protéine trans-membranaire
61
Récepteurs photoniques
Bâtonnets rhodopsine
opsine
rétinal
Rhodopsine opsine chromophore 11-cis-rétinal
62
Le chromophore est le rétinal
Aldéhyde de la vitamine A
lié par une base de Schiff à un groupement
lysine de lopsine
H
opsine
cis-rétinal
rhodopsine
63
Lactivation de la rhodopsine est due à la photo
isomérisation du rétinal
forme repliée
rotation de 180 entre les carbones C11 et C12
temps de commutation picoseconde (10-12 s)
64
Transformation du signal photonique en signal
électrique
à lobscurité
à la lumière
GMPc
rhodopsine inactive
photo-isomérisation du rétinal
hydrolyse du GMPc fermeture des canaux
ioniques -80 mV
canaux ioniques ouverts (GMPc) -40 mV
blocage des cations hyperpolarisation
passage des cations dépolarisation
fermeture des canaux ioniques Na potentiel
récepteur
65

• 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

66
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.
67
Arrêt du signalRapideLent
68
Hydrolyse des seconds messagers
69

• 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.

70
(No Transcript)
71
(No Transcript)
72
désensibilisation
73
(No Transcript)
74
(No Transcript)
75
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
76
(No Transcript)
77
(No Transcript)
78
(No Transcript)
79
Organisation structurale des arrestines.
80
Désensibilisation et pistes thérapeutiques
81

• 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

82
Endocytose clathrine dépendante
83

• Puits et vésicules recouverts de clathrine

Fig 13-6
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

85
Clathrine
86

• Manteau de clathrine

Fig 13-7
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

• Assemblage et désassemblage d'un manteau de
  clathrine
• Les adaptines se lient à la clathrine et au
  complexe cargo/cargo-r
• Dynamine GTPase

Fig 13-8
89
Rôle de la dynamine Puits 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
Fig 13-9
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

92
Deux modèles 1-RCPG produisent leurs
vésicules 2-RCPG colocalisent avecdes vésicules
préxistants
Si le modèle 1 est correct, lactivation 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 sattend
à ce que la b-arrestine 2-GFP saccumule 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