Communication cellulaire


Communication cellulaire

A) Définition

La communication cellulaire peut être définie de la manière suivante : ce sont des signaux moléculaires (ou messagers) émis par une cellule (dite émettrice) et reconnus par une autre cellule (dite réceptrice, sachant que la cellule émettrice peut être également la cellule réceptrice).

La réception du signal extérieur est suivie d'un relais à l'intérieur de la cellule qui va conduire à l'amplification du signal induisant des effets moléculaires variés ainsi qu'un changement d'état de la cellule réceptrice.

Ce processus est organisé dans le temps et discontinu.

 

B) Principes de la communication cellulaire

1) Spécificité de diffusion

Les cellules possèdent (ou non) le récepteur (noté R) ou message (noté A). Le message peut être diffusé soit :

- à toutes les cellules (ex : l'insuline)

- ou réservé à un ou plusieurs types très spécifiques de cellules (parathormones ou PTH -ostéoblastes- et les cellules rénales).

2) Variabilité dans les récépteurs pour un même ligand

Effet pléiotropique : Un même ligand est capable d'induire des réponses différentes d'une cellule ou d'un récepteur à l'autre comme le montre si bien ce schéma :

Dans cet exemple, le messager agit comme facteur de croissance en augmentant le taux de cycline.

C) Codage et émission du signal

1) Synthèse, transport, stockage

1. Les ligands hydrophiles (ex : insuline)

Le ligand peut être de nature peptidique mais pas toujours (comme par exemple l'adrénaline). Il est stocké après sa synthèse dans le cytoplasme de cellules spécialisées. Sa sécrétion est déclenchée par un signal extracellulaire. Il est ensuite transporté sous forme libre dans le plasma (car il ne peut pas traverser la membrane plasmique). Il se lie enfin à un récepteur spécifique membranaire sur la cellule cible. Durée d'action : courte.

2. Les ligands hydrophobes

Le ligand est souvent de nature lipidique. Sa sécrétion est également déclenchée par un signal extracellulaire.

Durée de vie : longue.

Il sont transportés par des protéines porteuses (PP) plasmatiques spécialisées (binding protein). Le complexe hormone – PP se dissocie près de la cellule cible. L'hormone traverse la membrane plasmique. L'hormone se lie avec une haute affinité à un R cytosolique ou nucléaire de nature protéique.

Il y a activation du récepteur transmembranaire après qu’un facteur hydrosoluble s’y est fixé. La protéine relais va se fixer sur ce récepteur transmb et la protéine relais va changer de conformation puis va se fixer sur la région promoteur du gène cible qui active la transcription et conduisant à la synthèse de protéine. Les facteurs liposolubles se fixent sur le récepteur intracellulaire puis le couple récepteur intracellulaire-facteur liposoluble va sur le gène pour activer la transcription.

- Lorsque le récepteur change de conformation, le récepteur ouvre par exemple un bouveau domaine et ce récepteur peut alors recruter une protéine (= croix rouge sur le schéma). Cette protéine va changer de conformation et va se phosphoryler où se désphosphoryler et va changer de conformation. La protéine (=croix rouge du schéma) est un facteur de transcription qui va se fixer sur la région promoteur d’un gène et va se transloquer (= adresser au noyau) et alors on à une augmentation de la synthèse d’ARNm.

- Lorsque le facteur liposoluble se fixe à une protéine porteuse qui se fixe à un récepteur liposoluble intracellulaire, le récepteur change de conformation puis l’ensemble récepteurfacteur liposoluble va dans le noyau et peut par exemple se lié au promoteur d’un gène et permet la synthèse d’ARNm.

3. Communication par des médiateurs gazeux

Ils peuvent être : monoxyde d'azote NO ; oxyde de carbone CO...Ils traversent facilement les membranes cellulaires.

Exemple : NO vasodilatation (rôle vasodilatateur de la nitroglycerine), relaxation des fibres musculaires lisses, neurotransmission.

Les NO-synthases transforme l’arginine en NO+ citruline. Ce NO active une enzyme nommé guanylate cyclase qui transforme le GMP en GMPc.

2) Libération du signal

1. Exocytose

Des ligands hydrophiles stockés dans les vésicules sont libérés par exocytose contrôlée (cf exemple thyroïde, cours lysosomes). La plupart des ligands sont hydrophiles

2. Shedding = Clivage.

Le clivage se fait par une protéase de la partie extracellulaire d'une protéine transmembranaire, qui libère un ligand actif.

On a dit que le stimulus était limité dans le temps, il existe donc des mécanismes chargés d'inactiver le ligand.

3) Processus d'inactivation

1. Dégradation par des phénomènes enzymatiques.

2. Recapture

3. Shedding

Des protéines clivent le domaine extracellulaire du récepteur, ce qui entraine la libération d'un récepteur soluble qui peut lier le ligand dans le milieu extracellulaire sans effets sur la cellule, le R ne lui étant plus attaché.

4. Activation d'une protéine inhibitrice

5. Endocytose récepteur dépendant

Tous ces mécanismes contribuent à rendre le signal transitoire.

4) Rétro-contrôle (feed-back)

De manière directe ou indirecte, le changement de l'état cellulaire induit par la réception d'un signal affecte en retour l'émission du signal.

- Feed back négatif : inhibition du signal de départ

- Feed back positif : amplification du signal de départ

 

D) Rôles

Les cellules d'un organisme pluricellulaire doivent communiquer les uns avec les autres pour :

- le développement et l'organisation des tissus

- contrôler leur croissance

- réguler leur fonction

 

Ces facteurs de communication extérieurs :

- influent sur la survie

- induisent la mort ou la prolifération des cellules

- modifient leur fonction

E) Transport du signal

1) A proximité

1. Le type paracrine

Les médiateurs sont :

- sécrétés à proximité de la cellule cible par les cellules voisines

- très rapidement détruits.

2. Le type autocrine

La cellule sécrète un signal soluble qui agit sur un de ses propres récepteurs. La cellule émettrice EST la cellule cible.

3. Communication de cellule à cellule

- échange de molécules par le biais des jonctions communicantes.

- Transmission de signaux par le biais des cadhérines (cf cours adhérence cellulaire).

- Ligand attaché à la membrane de la cellule Y se lie au récepteur membranaire de la cellule X.

Exemple : le système Notch/Delta. Delta = prot transmembrannaire= ligand de Notch. Notch= Récepteur = prot transmembrannaire. Tous deux portés par les cellules. La liaison Notch-Delta induit le clivage d'une partie intracellulaire de Notch qui migre au noyau et induisant des modifications transcriptionnelles puis inhibition de la différenciation des cellules

Exemple  : La neurogenèse chez l'embryon (à partir de la région ventrale de l'ectoderme), avec le phénomène d'inhibition latérale.

4. Le type matricrine

La matrice sécrétée par la cellule ou les cellules avoisinantes influent sur le comportement de la cellule/récepteur de la matrice extra cellulaire (les intégrines).

2) A distance

1. Le type endocrine

Des cellules spécialisées sécrètent des molécules (hormones) qui sont larguées dans le sang circulant et se distribuent dans tout l'organisme. Mécanisme relativement lent (de plusieurs secondes à plusieurs heures). Compte tenu de la dilution des hormones, les cellules cibles doivent posséder des récepteurs de haute affinité (10-8 M).

2. Transport synaptique

Le corps du neurone est parfois situé très à distance de la cellule cible.

Le neurone émetteur transmet le signal, par le biais d'un long prolongement cellulaire (l'axone), à la cellule cible.

F) Modalités de transmission du signal

1) Transmission membranaire

1. Généralités sur les récepteurs membranaires

- Glycoprotéine transmembranaire (un ou plusieurs domaines).

- Monomère ou dimère (fixation du ligand => dimérisation). La fixation du ligand (hydrosoluble) induit la modification de forme sur le récepteur.

     -- se transmet à travers les portions transmembranaires

     -- démasque les fonctions biochimiques au niveau du domaine intracellulaire (activité enzymatique de type kinase, ouverture d'un canal ionique, liaison à une protéine G)

 

La liaison d'un récepteur et de son ligand est :

- hyperaffine (reconnaissance du ligand parmi des millions de molécules de l'environnement)

- spécifique (liaison très préférentielle pour un ligand)

- réversible (ce qui permet la désactivation du R) Il peut y avoir X récepteurs ayant des actions ou des spécificités tissulaires différentes pour une même hormone.

2. Type de récepteur membranaire

Couplés à :

-Un canal ionique

-Une protéine G

-Une enzyme

Ex: R tyrosine kinase (TK) qui sont comme dans le cas 3 de l’image précédente. 6 familles. Tous ont un domaine TK dans leur portion C-Terminale intra cytoplasmique. 1 seul domaine transmembranaire.

Récepteurs TK se lient au ligand (noté L). Soit les récepteurs existent sous forme de dimères, soit ils se dimérisent au moment de la liaison au L.

- Modification de conformation qui se transmet au domaine intra cellulaire. activation du domaine catalytique et chaque récepteur phosphoryle une tyrosine de son partenaire

- Recrutement de mol de signalisation qui se lient aux tyrosines phosphorylées

- activation d'autres molécules puis signal de dimérisation du ligand

Exemple : angiogenèse, multiplication des vaisseaux en réponse à l'hypoxie (= diminution d’O2)

L’hypoxie favorise la production de VGEF qui sera libéré dans le cytosol le VEGF va dimériser le récepteur et activer une phosphorylation.

3. Les seconds messagers

Ce sont des molécules intracellulaires activées par l'activation d'un récepteur suite à la liaison avec son ligand qui activent d'autre molécules à leur tour (cascade d'activation) => effet final du ligand sur comportement cellulaire.

Elles participent à l'amplification du signal.

Plusieurs types, Ex : IP3, AMPc (AMP cyclique).

Peuvent être activés en même temps ou non par deux récepteurs et deux ligands différents.

Peuvent se combiner par activation de deux R et conduire à un effet cellulaire.

2) Transmission par les récepteurs intracellulaires (récepteurs intracytosoliques ou intranucléaires)

Ex : les récepteurs des hormones steroïdes. A l'état de repos ( L non fixé sur le R) une protéine inhibitrice est fixée à l'endroit du site de liaison récepteur – ADN (Heat Shock Protein 90). Lors de l'activation (L lié au site de liaison) la P inhibitrice HSP90 se détache du R.

Le complexe L – R est transféré dans le noyau (translocation). Il se dimérise avec une molécule homologue. Et se fixe à l'ADN sur une séquence de reconnaissance de P nucléotides (ERH : élément de réponse à l'hormone).

Le site régulateur est situé en amont des gènes (facteurs de transcription).

Des médicaments anti-hormonaux prennent la place des hormones naturelles sur les récepteurs (ex : anti-oestrogènes, cancer du sein…) .

Antagonistes : même affinité ou affinité supérieure au ligand naturel mais la liaison n'est pas suivie d'activation du récepteur.

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