Fiche de révision : Communication cellulaire et signalisation

Plan du Cours

  1. Principes de la communication cellulaire
  2. Modes de transmission des signaux
  3. Réception, transduction des signaux et effets biologiques
  4. Structure et classification des récepteurs membranaires
  5. Récepteurs couplés aux protéines G
  6. Récepteurs tyrosine kinase
  7. Récepteurs des cytokines et canaux ioniques
  8. Thérapies ciblées en cancérologie
  9. Structure, activation et pathologies des récepteurs nucléaires
  10. Équilibre et formes de mort cellulaire
  11. Mécanismes et marqueurs de l’apoptose
  12. Apoptose et traitements anticancéreux

1. Principes de la communication cellulaire

★ À maîtriser

  • La communication cellulaire coordonne notamment :

    • la nutrition
    • la croissance
    • l’adaptation
    • la régulation hormonale
    • la défense
    • la réparation
    • la reproduction
  • La communication cellulaire comprend cinq étapes :

    • production du signal
    • transmission du signal
    • réception du signal
    • interprétation du signal
    • effets biologiques

Compléments

  • Le rétrocontrôle, ou feedback, participe à la régulation de la communication cellulaire.

2. Modes de transmission des signaux

★ À maîtriser

  • La communication directe de cytoplasme à cytoplasme transmet des signaux de contact sans sécrétion, notamment par les jonctions communicantes ou par des molécules d’adhérence intercellulaire (CAM).

  • La communication endocrine libère une hormone dans le sang, qui atteint une cellule cible éloignée portant un récepteur hormonal.

  • La communication paracrine repose sur la sécrétion de médiateurs dans le milieu extracellulaire vers une cellule cible voisine, par exemple des facteurs de croissance.

Compléments

📌 La communication autocrine agit sur la cellule qui a produit le signal, par l’intermédiaire d’un médiateur local extracellulaire tel qu’un facteur de croissance ou une cytokine.

  • La communication neuronale transmet des signaux par voie synaptique.

  • Dans un modèle in vitro de tumorigénèse, des cellules tumorales humaines injectées sous la peau d’une souris nude immunodéprimée croissent rapidement et sécrètent des facteurs de croissance, dont le VEGF et l’EGF, associés à des effets autocrines et paracrines.

Astuce mémo

Contact direct, signal chimique sécrété

3. Réception, transduction des signaux et effets biologiques

★ À maîtriser

📌 Les molécules hydrophobes, souvent transportées dans le sang, diffusent à travers la membrane plasmique et se fixent principalement à des récepteurs intracellulaires, souvent nucléaires; leur durée de vie peut aller de quelques heures à quelques jours.

📌 Les molécules hydrophiles circulent librement dans le sang, ne franchissent pas la surface cellulaire et se lient à des récepteurs membranaires; leur durée de vie est courte, de la milliseconde à la minute, et elles sont présentes à faible concentration.

  • Le récepteur activé convertit le stimulus du ligand en un signal intracellulaire, par exemple en modifiant la concentration d’un second messager ou l’activité d’une protéine; le messager agit ensuite sur des effecteurs secondaires qui modifient le comportement cellulaire.

  • La réponse cellulaire peut comprendre :

    • la différenciation
    • la croissance
    • la prolifération
    • l’apoptose
    • la survie

📌 La pléiotropie correspond au fait qu’un même ligand peut produire différents effets selon la cellule cible.

Compléments

  • Le cortisol et les hormones sexuelles sont des exemples d’hormones hydrophobes agissant par des récepteurs nucléaires.

  • L’insuline et les facteurs de croissance sont des exemples de molécules hydrophiles.

  • Le monoxyde d’azote intervient dans :

    • le métabolisme du fer
    • la régulation de la pression artérielle
    • l’angiogenèse
  • Les effecteurs secondaires peuvent notamment : réguler les voies métaboliques, modifier le cytosquelette, agir sur les canaux ioniques, réguler l’expression génique par des facteurs de transcription

  • Dans les vaisseaux artériels, l’activation de récepteurs muscariniques peut provoquer une vasodilatation par libération de monoxyde d’azote.

📌 Un ligand peut se lier à plusieurs récepteurs, et un récepteur peut se lier à plusieurs ligands.

Astuce mémo

Ligand → récepteur → messager → effecteur

4. Structure et classification des récepteurs membranaires

★ À maîtriser

  • Les récepteurs membranaires possèdent trois domaines :

    • un domaine extracellulaire de reconnaissance et fixation spécifique du ligand
    • un domaine transmembranaire d’ancrage
    • un domaine intracellulaire fonctionnel associé à la transduction du signal
  • Les principales catégories de récepteurs membranaires sont :

    • les récepteurs à activité enzymatique
    • les récepteurs sans activité enzymatique
    • les récepteurs couplés aux protéines G
    • les canaux ioniques

Compléments

  • Les récepteurs tyrosine kinase et les récepteurs à activité tyrosine phosphatase figurent parmi les récepteurs à activité enzymatique.

5. Récepteurs couplés aux protéines G

★ À maîtriser

  • Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) forment une très grande famille de gènes comptant plusieurs centaines de récepteurs; 3 à 5 % des gènes codent pour des RCPG et 50 % des agents thérapeutiques les ciblent.

  • Les RCPG activent des protéines G à activité GTPasique, qui stimulent ou inhibent la production de seconds messagers comme l’AMPc, l’inositol triphosphate et le Ca2+, ou modulent l’activité de canaux ioniques comme ceux du Ca2+ et du K+.

  • Les RCPG comportent sept domaines transmembranaires, une portion N-terminale extracellulaire, une portion C-terminale intracellulaire, trois boucles intracellulaires et trois boucles extracellulaires.

Compléments

  • Les RCPG reconnaissent notamment :

    • des hormones
    • des neurotransmetteurs
    • des signaux de perception sensorielle
  • La taille des RCPG varie de 200 à 1 500 acides aminés.

  • Les sept hélices transmembranaires des RCPG sont organisées en barillet autour d’un axe central.

  • Dans la voie de l’adénylate cyclase, l’AMPc produit à partir d’ATP agit comme second messager et active la protéine kinase dépendante de l’AMPc (PKA), notamment au niveau de ses sous-unités catalytiques.

  • Dans la voie de la phospholipase C, la PLCβ agit sur le phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate et produit l’inositol 1,4,5-triphosphate (IP3) et le diacylglycérol (DAG); l’IP3 provoque la libération de Ca2+ du réticulum endoplasmique et le DAG intervient dans l’activation de la PKC.

6. Récepteurs tyrosine kinase

★ À maîtriser

  • Les RTK comprennent :
    • un domaine extracellulaire
    • un domaine transmembranaire
    • un domaine intracellulaire kinase

📌 La phosphorylation est l’ajout d’un groupement phosphate à une protéine; les kinases peuvent agir sur des résidus tyrosine, sérine ou thréonine, tandis que les RTK phosphorylent des résidus tyrosine.

Compléments

  • Il existe une vingtaine de familles de récepteurs tyrosine kinase.

  • Les voies associées aux RTK comprennent :

    • Src
    • PI3K
    • MAP-kinase
    • PLCγ
    • STAT
  • En 1911, le chercheur américain Peyton Rous a découvert le virus du sarcome de Rous, dont l’oncogène viral src code la protéine oncogénique Src.

7. Récepteurs des cytokines et canaux ioniques

Notions clés & Définitions

  • Cytokines : Hormones polypeptidiques et facteurs de croissance.
  • Canaux ioniques : Protéines membranaires perméables à un ou plusieurs ions.

Points essentiels

  • L’érythropoïétine permet la prolifération et la différenciation des précurseurs des hématies.

  • Les interleukines (IL) modulent les cellules du système immunitaire.

  • Les canaux ioniques peuvent être sélectifs pour :

    • Na+
    • Ca2+
    • K+
    • Cl−
  • Les canaux ioniques jouent un rôle central dans la physiologie des cellules excitables, comme les neurones.

8. Thérapies ciblées en cancérologie

★ À maîtriser

  • Les thérapies ciblées en cancérologie peuvent inhiber les récepteurs tyrosine kinase et interrompre la signalisation qui soutient la croissance tumorale.

  • Dans la leucémie myéloïde chronique, la translocation du chromosome de Philadelphie produit le gène chimérique BCR-ABL, dont l’activité tyrosine kinase est constitutive et peut être ciblée par un inhibiteur de tyrosine kinase.

  • L’amplification du gène HER2, aussi appelé c-erbB2, est observée dans 20 % des cancers du sein et entraîne une croissance cellulaire excessive.

Compléments

  • Un anticorps anti-HER2, le trastuzumab, peut être utilisé contre les cellules surexprimant HER2.

Astuce mémo

Inhibition de la tyrosine kinase → arrêt de la signalisation tumorale

9. Structure, activation et pathologies des récepteurs nucléaires

★ À maîtriser

  • Les récepteurs nucléaires possèdent un domaine de liaison à l’ADN, un domaine de liaison au ligand et des domaines de régulation de la transcription AF1 et AF2.
  • 🔄 L’activation peut suivre les étapes suivantes :
    1. Défixation des protéines chaperonnes
    2. Changement de conformation du récepteur
    3. Dimérisation
    4. Fixation à l’ADN
    5. Régulation de la transcription des gènes cibles

📌 Dans les cancers hormono-dépendants, l’activation hormonale des récepteurs nucléaires peut stimuler la transcription et la prolifération des cellules tumorales ; l’hormonothérapie suppressive vise à bloquer cette activation et son effet mitogène.

Compléments

📌 AF1 assure une transactivation indépendante du ligand, tandis qu’AF2 assure une transactivation dépendante du ligand.

  • Les récepteurs homodimériques comprennent :

    • les récepteurs des estrogènes
    • les récepteurs des androgènes
    • le récepteur de la progestérone
    • le récepteur des glucocorticoïdes
    • le récepteur des minéralocorticoïdes
  • Les récepteurs hétérodimériques comprennent :

    • les récepteurs des hormones thyroïdiennes
    • les récepteurs de la vitamine D
    • les récepteurs de l’acide rétinoïque
  • Les récepteurs nucléaires se fixent à des éléments de réponse hormonale (HRE) de l’ADN, notamment à des séquences palindromiques ou à des répétitions directes.

  • Les cancers de la prostate peuvent impliquer les androgènes et leurs récepteurs, tandis que les cancers du sein peuvent impliquer les estrogènes et leurs récepteurs.

  • Les traitements cités comprennent :

    • le tamoxifène, un anti-estrogène
    • les inhibiteurs de l’aromatase
    • les inhibiteurs de CDK
  • L’insensibilité aux androgènes peut se manifester par un génotype XY et un phénotype féminin, avec des taux d’androgènes normaux ou élevés et une grande variabilité d’expression.

Astuce mémo

Ligand → changement de conformation → dimérisation → fixation à l’ADN → régulation transcriptionnelle

10. Équilibre et formes de mort cellulaire

★ À maîtriser

📌 L’équilibre entre prolifération et mort cellulaire est nécessaire à l’homéostasie des tissus, et son déséquilibre dans un sens ou dans l’autre peut entraîner une pathologie.

📌 L’apoptose et l’autophagie sont des morts cellulaires programmées par un programme interne, tandis que la nécrose est une mort subie par la cellule et toujours pathologique.

Compléments

  • Les formes de mort cellulaire citées sont :

    • la nécrose
    • l’apoptose
    • l’autophagie
    • la nécroapoptose
  • La mort cellulaire remplit notamment les rôles suivants :

    • la morphogenèse
    • l’élaboration du système immunitaire
    • la réponse à une carence nutritionnelle
    • la protection contre un stress cellulaire

Astuce mémo

Apoptose programmée ; nécrose subie

11. Mécanismes et marqueurs de l’apoptose

Notions clés & Définitions

  • Apoptose : Mort cellulaire programmée, mécanisme actif dépendant de protéases appelées caspases, qui ne déclenche pas de réaction inflammatoire.

★ À maîtriser

  • 🔄 Les changements morphologiques de l’apoptose se succèdent ainsi :
    1. Condensation et marginalisation de la chromatine
    2. Condensation du cytoplasme
    3. Fragmentation du noyau et formation de corps apoptotiques
    4. Phagocytose par les cellules voisines sans réaction inflammatoire

📌 La nécrose répond à une lésion cellulaire par un gonflement, une rupture membranaire et une inflammation, tandis que l’apoptose se caractérise par un rétrécissement cellulaire, le maintien de l’intégrité membranaire et l’absence d’inflammation.

Compléments

  • L’apoptose peut être déclenchée par :

    • des lésions de l’ADN
    • une perturbation du cycle cellulaire
    • un stress cellulaire
    • des drogues ou des agents antitumoraux
    • des signaux de mort comme TNF ou Fas
  • Le clivage de l’ADN lors de l’apoptose produit une échelle de fragments en multiples de 180 paires de bases, et le marquage des extrémités libérées par la DNase peut être réalisé par la technique TUNEL.

  • Lors de l’apoptose, la phosphatidylsérine passe de la face interne à la face externe de la membrane plasmique, où elle peut être marquée par l’annexine V et signaler aux macrophages la phagocytose de la cellule.

Astuce mémo

Condensation → fragmentation → phagocytose sans inflammation

12. Apoptose et traitements anticancéreux

Notions clés & Définitions

  • Caspases : Famille de protéases possédant un site catalytique avec un résidu cystéine et présentes dans la cellule sous forme inactive de pro-caspases.

★ À maîtriser

  • Les caspases initiatrices répondent aux signaux intra- ou extracellulaires, tandis que les caspases effectrices sont activées par les initiatrices et réalisent les changements morphologiques de l’apoptose.

  • La voie intrinsèque de l’apoptose passe par la mitochondrie et le relargage du cytochrome C, tandis que la voie extrinsèque passe par des récepteurs de mort activés par des ligands tels que TNF, TRAIL ou Fas ligand.

  • Une mutation de BRCA1 ou BRCA2 entraîne un déficit de recombinaison homologue ; l’inhibition de PARP empêche la réparation des lésions simple brin, augmente les lésions double brin et peut provoquer une létalité synthétique dans les cellules tumorales déficientes en recombinaison homologue.

Compléments

  • Les caspases sont activées par protéolyse par des caspases ou d’autres enzymes, et leur activité est inhibée par les protéines IAP.
  • Dans la voie intrinsèque, la perméabilisation de la mitochondrie implique un pore constitué de protéines de la famille Bcl-2, permettant le relargage de protéines mitochondriales dont le cytochrome C.

📌 Dans la famille Bcl-2, Bax et Bak favorisent la formation du pore et sont pro-apoptotiques, Bad est pro-apoptotique, tandis que Bcl-2 est anti-apoptotique et favorise la survie.

  • La protéine p53 participe à la médiation de l’apoptose induite par de nombreux agents anticancéreux et son gène est présenté comme le plus souvent altéré dans le cancer.

  • L’inhibition de PARP-1 a un effet sélectif sur les cellules cancéreuses porteuses d’une mutation BRCA1 ou BRCA2, car leur voie de recombinaison homologue est déficiente et les cassures double brin ne sont alors pas réparées.

Astuce mémo

Déficit BRCA + inhibition de PARP → cassures non réparées → mort tumorale

Tableaux de synthèse

Voies de l’apoptose

VoieDéclenchementÉlément clé
IntrinsèqueSignal apoptotiqueMitochondrie et relargage du cytochrome C
ExtrinsèqueLigands de mortRécepteurs de mort

Teste tes connaissances

Teste tes connaissances sur Communication cellulaire et signalisation avec 11 questions à choix multiples et corrections détaillées.

1. Dans une réponse cellulaire, les cellules produisent un signal, le transmettent, le reçoivent et l’interprètent avant qu’un effet biologique apparaisse. Quelle étape vient immédiatement après la transmission du signal ?

2. Pourquoi la communication cellulaire est-elle essentielle au fonctionnement d’un organisme ?

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Que coordonne la communication cellulaire pour assurer les fonctions biologiques ?

Les cellules et les tissus.

Combien d’étapes comprend la communication cellulaire ?

Cinq étapes.

Comment la communication directe transmet-elle des signaux entre cellules ?

Par contact cytoplasmique, sans sécrétion, via des jonctions communicantes ou des molécules d’adhérence intercellulaire.

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