Fiche de révision : Signalisation cellulaire moléculaire

📋 Plan du Cours

1. Signaux et réponses cellulaires
2. Diversité et portée des signaux
3. Organisation des voies de signalisation
4. Récepteurs à sept hélices
5. Récepteurs enzymatiques et cytokiniques
6. Récepteurs TGF, guanylate cyclase et TNF
7. Récepteurs Notch et nucléaires
8. Phosphorylation et kinases
9. Phosphatases et déphosphorylation
10. Protéines G et cycle nucléotidique
11. Domaines adaptateurs moléculaires
12. Seconds messagers nucléotidiques et lipidiques
13. Signalisation calcique
14. Monoxyde d’azote

📖 1. Signaux et réponses cellulaires

★ À maîtriser

• L’expression régulée du génome détermine quels récepteurs une cellule possède et donc quels signaux elle peut percevoir.

• La fixation d’un signal extracellulaire déclenche une transduction intracellulaire qui active des voies de signalisation, des effecteurs et une réponse cellulaire.

• Les effecteurs comprennent :

  • les facteurs de transcription
  • les protéines du cytosquelette
  • les enzymes du métabolisme
  • l’appareil de sécrétion

Compléments

• L’absence d’un signal de survie peut déclencher la mort cellulaire par apoptose, comme lors de l’élimination de neurones produits en excès dans le système nerveux central.

💡 Astuce mémo

Signal perçu → voie activée → effecteur → réponse

📖 2. Diversité et portée des signaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Signal autocrine : Facteur sécrété par une cellule qui agit sur cette même cellule.
• Signal paracrine : Agit localement sur d’autres cellules que celle qui le sécrète.

📝 Points essentiels

• Les signaux peuvent être :
  • physiques, comme la lumière et la chaleur
  • chimiques, comme les gaz
  • chimiques, comme les acides aminés
  • chimiques, comme les protéines
  • chimiques, comme les dérivés lipidiques

📌 Selon leur nature, certains signaux traversent la membrane plasmique, comme l’hormone thyroïdienne ou le NO, tandis que d’autres, comme la noradrénaline, se lient à des récepteurs de surface.

💡 Astuce mémo

Autocrine : la cellule agit sur elle-même ; paracrine : elle agit sur ses voisines

📖 3. Organisation des voies de signalisation

★ À maîtriser

• Un récepteur donné lie un type de ligand, et la fixation du ligand peut modifier sa conformation et produire de nouveaux signaux intracellulaires.

• Les voies de signalisation peuvent être parallèles, interconnectées ou modulées par des boucles de rétro-régulation positives ou négatives.

Compléments

• L’effet de certains signaux dépend de leur concentration, comme celui de Hedgehog sur la différenciation neuronale.

• La durée et la périodicité d’un signal peuvent modifier la réponse cellulaire, notamment lorsque le signal varie de manière oscillatoire.

• Dans l’exemple du cours, TGFα active EGFR et IGFII active IGF1R ; leurs voies peuvent conduire à la prolifération ou à la survie, et certaines voies en aval sont interconnectées.

📖 4. Récepteurs à sept hélices

🔑 Notions clés & Définitions

• Récepteur à sept hélices transmembranaires : Traverse la membrane plasmique sept fois et présente un N-terminal extracellulaire et un C-terminal intracellulaire.

★ À maîtriser

• Les récepteurs à sept hélices agissent comme des monomères et peuvent lier de petits ligands, comme la noradrénaline, ou de grands ligands, comme la gonadotrophine.

• La fixation du ligand modifie la conformation du récepteur, active une protéine G hétérotrimérique, provoque l’échange du GDP contre du GTP puis la dissociation de la sous-unité α du complexe βγ.

Compléments

• La protéine G activée peut conduire à la production d’AMPc et à l’activation de PKA, tandis que le complexe βγ peut activer des effecteurs associés à la PKC.

• La phosphorylation du récepteur permet la fixation d’arrestines, qui assurent une rétro-régulation négative après que le récepteur a produit plusieurs signaux.

💡 Astuce mémo

Un serpentin de sept hélices traverse la membrane et transmet le signal à une protéine G

📖 5. Récepteurs enzymatiques et cytokiniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Récepteur tyrosine kinase : Possède un domaine extracellulaire de liaison au ligand, une seule hélice transmembranaire et un domaine kinase cytosolique.

★ À maîtriser

• La fixation du ligand rapproche ou réorganise les domaines kinases des récepteurs, qui se phosphorylent en trans et créent des sites d’ancrage pour les protéines cibles.

• Les récepteurs de cytokines n’ont pas d’activité enzymatique intrinsèque et recrutent des tyrosine kinases cytosoliques, notamment JAK1, JAK2 et Tyk2.

• Après activation par le ligand, les kinases JAK phosphorylent le récepteur et permettent le recrutement de STAT, qui dimérisent puis gagnent le noyau pour réguler des gènes.

Compléments

• Le domaine SH2 de la phospholipase Cγ lui permet de se lier à des tyrosines phosphorylées.

💡 Astuce mémo

Les récepteurs tyrosine kinase portent une activité kinase ; les récepteurs de cytokines recrutent JAK

📖 6. Récepteurs TGF, guanylate cyclase et TNF

📝 Points essentiels

• Les récepteurs TGFβ, activine, inhibine et BMP fonctionnent comme un complexe tétramérique formé de deux sous-unités de type I et de deux sous-unités de type II.

• Le ligand se lie d’abord au dimère de récepteurs de type II, qui recrute le dimère de type I ; les kinases de type II phosphorylent alors celles de type I.

• Les récepteurs TGFβ activent des facteurs Smad phosphorylés qui gagnent le noyau et régulent le cycle cellulaire, notamment en inhibant la prolifération.

• Les récepteurs guanylate cyclase peuvent former des dimères et convertir le GTP en GMPc grâce à leur domaine guanylate cyclase intracellulaire.

• Les récepteurs du TNF sont trimériques, dépourvus d’activité enzymatique intrinsèque et possèdent des domaines cytosoliques d’interaction protéine-protéine associés à la mort cellulaire.

📖 7. Récepteurs Notch et nucléaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Récepteur nucléaire : Récepteur cytoplasmique ou nucléaire dont le ligand pénètre dans la cellule et qui régule la transcription des gènes.

★ À maîtriser

• L’interaction de Notch avec un ligand transmembranaire induit des clivages du récepteur ; le fragment intracellulaire NICD rejoint le noyau et favorise l’expression de gènes cibles.

• Les récepteurs nucléaires comportent un domaine C conservé de liaison à l’ADN, dont les cystéines coordonnent du zinc pour former deux doigts de zinc.

Compléments

• Le récepteur Notch subit un premier clivage dans l’appareil de Golgi, puis trois autres clivages après l’interaction avec son ligand.

📌 La P box des récepteurs nucléaires reconnaît des séquences de six nucléotides, tandis que la D box intervient dans la dimérisation.

💡 Astuce mémo

Notch est clivé avant l’action nucléaire de NICD ; les récepteurs nucléaires lient directement l’ADN

📖 8. Phosphorylation et kinases

🔑 Notions clés & Définitions

• Phosphorylation : Transfert d’un groupement phosphate de l’ATP ou du GTP vers une molécule.

★ À maîtriser

• La phosphorylation est une modification post-traductionnelle réversible, et sa présence peut activer ou inhiber la fonction d’une protéine.

• Les kinases sont classées selon les acides aminés qu’elles phosphorylent, notamment la sérine/thréonine, la tyrosine ou plusieurs types de résidus.

• Le site catalytique d’une kinase lie l’ATP et la chaîne latérale du résidu à phosphoryler, et la spécificité dépend aussi de l’environnement du substrat et des domaines d’interaction protéique.

Compléments

• Chez les mammifères, au moins 800 gènes codent des protéines kinases.

• L’activité des kinases peut être régulée par un changement conformationnel, par la localisation membranaire via un domaine PH ou par le déplacement d’un pseudo-substrat par le complexe calcium-calmoduline.

💡 Astuce mémo

Phosphorylation ne signifie pas toujours activation : elle peut aussi inhiber une enzyme

📖 9. Phosphatases et déphosphorylation

🔑 Notions clés & Définitions

• Phosphatase : Enzyme qui hydrolyse la liaison portant un phosphate et libère du phosphate inorganique.

★ À maîtriser

• Les classes de phosphatases sont :

  • les phosphatases sérine/thréonine
  • les phosphatases tyrosine
  • les phosphatases à double spécificité

• La calcineurine, activée par le complexe calcium-calmoduline, déphosphoryle NFAT, qui devient actif et favorise la réponse immunitaire.

• La phosphatase à double spécificité Cdc25 déphosphoryle le complexe Cdk1-cycline B et contribue au passage de la phase G2 à la phase M.

Compléments

• La spécificité des phosphatases pour leur substrat dépend notamment de la profondeur de leur fente catalytique et de séquences qui orientent leur localisation ou leurs interactions avec les substrats.

• La cyclosporine et le FK506 inhibent la calcineurine après liaison à une protéine spécifique et formation d’un complexe inhibiteur.

📖 10. Protéines G et cycle nucléotidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Petite GTPase : Protéine qui lie le GTP et l’hydrolyse, et dont l’état dépend de la liaison du GTP ou du GDP.

★ À maîtriser

• Une petite GTPase liée au GTP active ses effecteurs, puis l’hydrolyse du GTP en GDP et phosphate inorganique modifie sa conformation et interrompt cette interaction.

• Les protéines GEF favorisent la dissociation du GDP et son remplacement par du GTP sur une petite GTPase.

• Les protéines G hétérotrimériques comportent les sous-unités α, β et γ ; l’activation du récepteur provoque l’échange du GDP contre du GTP sur α et sa dissociation de βγ.

• Les familles de sous-unités α comprennent Gαs, Gαi, Golf, Gt, Gq et G12/13, qui régulent notamment l’adénylate cyclase, la signalisation olfactive ou visuelle, la phospholipase C et le cytosquelette.

Compléments

• Grb2 recrute SOS à la membrane, SOS favorise l’échange GDP-GTP de Ras, puis Ras-GTP active Raf, qui active MEK et MAPK avant la réponse nucléaire.

💡 Astuce mémo

GDP lié → échange contre GTP → activation → hydrolyse du GTP

📖 11. Domaines adaptateurs moléculaires

★ À maîtriser

• Les domaines adaptateurs sont des séquences compactes qui assurent des interactions protéine-protéine ou protéine-lipide et contribuent à organiser la transmission du signal.

• Dans Src, les domaines ont les rôles suivants :
  • SH1 est le domaine kinase tyrosine
  • SH2 lie les phosphotyrosines
  • SH3 reconnaît les hélices riches en polyproline

Compléments

• Le domaine SH2 reconnaît une phosphotyrosine et peut aussi reconnaître un résidu hydrophobe situé en position +3 dans le ligand.

• Le domaine 14-3-3 fonctionne en dimère et peut lier deux peptides contenant chacun une sérine phosphorylée.

• Les domaines PH reconnaissent des phosphoinositides membranaires, tandis que les domaines PDZ lient des ligands entre un feuillet β et une hélice α.

💡 Astuce mémo

SH2 reconnaît phosphoY ; SH3 reconnaît polyproline

📖 12. Seconds messagers nucléotidiques et lipidiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Second messager : Petite molécule qui relaie l’information d’un récepteur vers un effecteur dans la cellule.

★ À maîtriser

• Les seconds messagers sont présents à faible concentration dans les cellules au repos et leur concentration peut augmenter d’un facteur 100 lors de l’activation cellulaire.

• L’AMPc et le GMPc sont synthétisés respectivement par l’adénylate cyclase et la guanylate cyclase, puis dégradés par des phosphodiestérases.

📌 La phospholipase C clive le PIP2 en IP3 soluble dans le cytosol et en DAG qui reste associé à la membrane.

• Dans la signalisation par PLC, IP3 favorise la libération de calcium à partir du réticulum endoplasmique, tandis que DAG participe à l’activation de PKC à la membrane.

Compléments

• L’AMPc peut activer PKA en se liant à sa sous-unité régulatrice, ce qui libère la sous-unité catalytique.

💡 Astuce mémo

IP3 diffuse dans le cytosol ; DAG reste dans la membrane

📖 13. Signalisation calcique

★ À maîtriser

• La concentration de calcium cytosolique est maintenue basse, avec un gradient d’environ 10⁴ entre les compartiments, car un excès de calcium peut former des précipités toxiques de phosphate de calcium.

• Les mécanismes d’entrée ou de libération du calcium constituent le mode ON, tandis que les pompes et échangeurs qui le retirent du cytosol constituent le mode OFF.

• L’IP3 ouvre son récepteur sur le réticulum endoplasmique et permet la libération de calcium dans le cytosol ; le calcium peut ensuite favoriser une libération supplémentaire par CICR.

Compléments

• Les pompes PMCA et SERCA consomment de l’ATP pour transporter le calcium hors du cytosol vers l’extérieur de la cellule ou vers le réticulum endoplasmique.

• La parvalbumine et la calbindine tamponnent le calcium cytosolique en le liant puis en le libérant progressivement.

• La liaison de l’IP3 modifie la réponse du récepteur au calcium et permet de produire des vagues calciques dont la fréquence et l’amplitude varient.

💡 Astuce mémo

ON : entrée ou libération du calcium ; OFF : pompes et échangeurs l’éliminent du cytosol

📖 14. Monoxyde d’azote

🔑 Notions clés & Définitions

• Monoxyde d’azote : Signal diffusible capable de traverser la membrane plasmique et d’agir sur une autre cellule.

★ À maîtriser

• Les monoxyde d’azote synthases possèdent un domaine oxydase N-terminal et un domaine réductase C-terminal et synthétisent le NO et la citrulline.

• Les formes de NOS sont : iNOS, inductible notamment dans les macrophages, eNOS, constitutive dans les cellules endothéliales et certains neurones, nNOS, constitutive dans les cellules neurales

Compléments

• La NOS peut être régulée par phosphorylation par PKB, et le complexe calcium-calmoduline peut activer la production de GMPc en aval de la signalisation par NO.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des récepteurs