Fiche de révision : Signalisation cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Principes de la communication cellulaire
2. Modes de communication intercellulaire
3. Médiateurs et devenir cellulaire
4. Agonistes, antagonistes et spécificité
5. Familles de médiateurs
6. Récepteurs nucléaires et ioniques
7. Seconds messagers et commutateurs
8. Récepteurs couplés aux protéines G
9. Récepteurs couplés à une enzyme
10. Adaptation et désensibilisation
11. Applications physiologiques et thérapeutiques

📖 1. Principes de la communication cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Signalisation cellulaire : Communication par laquelle un messager se lie à un récepteur, déclenche une transduction intracellulaire et provoque une réponse cellulaire.

📝 Points essentiels

• La communication intercellulaire intervient notamment dans:

  • le développement embryonnaire
  • l’homéostasie
  • la réparation
  • l’immunité
  • le système nerveux

• La transduction du signal commence par la liaison d’un ligand à un récepteur protéique de la cellule cible et aboutit à une réaction cellulaire.

💡 Astuce mémo

Émetteur → messager → récepteur → transduction → réponse

📖 2. Modes de communication intercellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Signal autocrine : Messager sécrété dans le milieu extracellulaire qui se lie à un récepteur de la cellule émettrice elle-même.
• Signal paracrine : Messager sécrété dans le milieu extracellulaire qui agit sur des cellules cibles proches, généralement à faible concentration par diffusion passive.
• Signal endocrine : Hormone sécrétée dans la circulation sanguine qui atteint des cellules cibles éloignées, à faible concentration inférieure à 10^-8 mol, avec une action lente de quelques secondes à quelques minutes.

📝 Points essentiels

📌 Les jonctions cytoplasmiques permettent une diffusion passive directe du messager entre cellules sans passage par le milieu extracellulaire, contrairement aux signaux sécrétés.

• Un signal neuronal est libéré par l’élément présynaptique dans la fente synaptique, agit rapidement en quelques millisecondes et atteint une concentration supérieure à 10^-4 mol.

💡 Astuce mémo

Autocrine agit sur soi, paracrine sur le voisin, endocrine à distance

📖 3. Médiateurs et devenir cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Demi-vie : Durée nécessaire pour qu’une molécule perde 50 % de son activité.

★ À maîtriser

📌 Les médiateurs hydrophiles circulent dans le milieu aqueux mais ne traversent pas la bicouche lipidique et agissent via des récepteurs membranaires, tandis que les médiateurs hydrophobes traversent la membrane et se lient à des récepteurs intracellulaires.

Compléments

• Les médiateurs hydrophiles sont généralement dégradés rapidement en millisecondes, secondes ou minutes, tandis que les médiateurs hydrophobes ont une dégradation lente en heures ou en jours.

💡 Astuce mémo

Hydrophile reste dehors, hydrophobe traverse la membrane

📖 4. Agonistes, antagonistes et spécificité

★ À maîtriser

📌 Un agoniste se fixe à un récepteur et induit une réponse identique ou analogue à celle du ligand naturel, tandis qu’un antagoniste occupe le récepteur sans déclencher de réponse et empêche le ligand naturel d’agir.

📌 Un même médiateur peut provoquer des réponses différentes selon le type de récepteur exprimé par la cellule cible.

Compléments

• La nicotine est un agoniste du récepteur nicotinique de l’acétylcholine, tandis que le curare est un antagoniste de ce récepteur.

• Le lévonorgestrel est un agoniste de la progestérone qui mime hormonalement la grossesse et empêche l’ovulation.

💡 Astuce mémo

Agoniste active, antagoniste occupe sans activer

📖 5. Familles de médiateurs

★ À maîtriser

• Les hormones polypeptidiques comprennent: les hormones peptidiques de 3 à 50 acides aminés, les hormones protéiques de plus de 50 acides aminés, les hormones glycoprotéiques portant des chaînes de saccharides

• Les facteurs de croissance sont des protéines ou polypeptides solubles qui favorisent la prolifération et la survie cellulaires, tandis que les cytokines sont des médiateurs immunitaires de l’inflammation.

Compléments

• Les prostaglandines sont des dérivés lipidiques C20 non stockés, impliqués dans la contraction des muscles lisses, l’agrégation plaquettaire, la douleur et l’inflammation.

• Le monoxyde d’azote et le monoxyde de carbone traversent directement la membrane, sont des messagers locaux dont la demi-vie est de 5 à 10 secondes et peuvent provoquer le relâchement des muscles lisses.

📖 6. Récepteurs nucléaires et ioniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Récepteur nucléaire : Récepteur intracellulaire qui, après liaison d’un ligand hydrophobe, régule la transcription des gènes.

• Récepteur ionotrope : Récepteur membranaire qui ouvre ou ferme un canal ionique après liaison du ligand et transforme ce changement en signal électrique.

📝 Points essentiels

• Le glucocorticoïde traverse la membrane, se lie à son récepteur cytosolique, provoque la dissociation des protéines associées, expose le signal de localisation nucléaire, permet l’importation et la dimérisation du récepteur, puis sa fixation sur l’ADN et la régulation de la transcription.

• Dans une synapse chimique, le potentiel d’action provoque l’entrée de calcium, l’exocytose des vésicules, la diffusion du neurotransmetteur, l’ouverture des canaux postsynaptiques puis l’inactivation, la dégradation ou la recapture du neurotransmetteur.

💡 Astuce mémo

Ligand → ouverture ionique ou entrée nucléaire → réponse

📖 7. Seconds messagers et commutateurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Second messager : Petite molécule, lipide ou ion intracellulaire produit ou libéré après l’activation d’un récepteur par un premier messager extracellulaire.
• Commutateur moléculaire : Protéine de signalisation intracellulaire qui existe sous un état actif et un état inactif.

📝 Points essentiels

• Les principaux seconds messagers sont:
  • l’AMPc
  • le GMPc
  • l’inositol-triphosphate
  • le diacylglycérol
  • le Ca2+

📌 Une protéine G est activée par l’échange du GDP contre du GTP et inactivée par l’hydrolyse du GTP en GDP.

💡 Astuce mémo

Ligand → second messager → amplification de la réponse

📖 8. Récepteurs couplés aux protéines G

📝 Points essentiels

• Un récepteur couplé à une protéine G possède sept domaines transmembranaires et interagit avec une protéine G hétérotrimérique composée des sous-unités α, β et γ.

• Après la liaison du ligand, le récepteur change de conformation, active la protéine G par échange GDP-GTP, sépare la sous-unité α du complexe βγ, active un effecteur puis s’inactive par hydrolyse du GTP.

• La protéine Gq active la phospholipase C, Gs active l’adénylate cyclase, Gi inhibe l’adénylate cyclase, Gt active la phosphodiestérase du GMPc et Go agit sur les canaux potassiques.

• La phospholipase C activée par Gq clive le PIP2 en IP3 et DAG; l’IP3 libère du Ca2+ du réticulum endoplasmique, tandis que le DAG et le Ca2+ activent la protéine kinase C.

📐 Formule — L’adénylate cyclase transforme l’ATP en AMP cyclique $ATP \rightarrow AMPc$, qui active la protéine kinase A et la phosphorylation de protéines cibles.

💡 Astuce mémo

GDP → GTP → effecteur → second messager → hydrolyse

📖 9. Récepteurs couplés à une enzyme

🔑 Notions clés & Définitions

• Récepteur couplé à une enzyme : Récepteur membranaire dont le domaine intracellulaire possède une activité enzymatique ou forme un complexe avec une enzyme intracellulaire.

★ À maîtriser

• Les quatre classes sont:

  • les récepteurs à activité tyrosine kinase
  • les récepteurs associés à une sérine/thréonine kinase
  • les récepteurs associés à une phosphatase
  • les récepteurs à activité guanylate cyclase

• La phosphorylation active une protéine par transfert d’un phosphate depuis l’ATP, tandis que la déphosphorylation l’inactive par retrait du phosphate par une phosphatase.

• 🔄 La voie EGF-Ras suit cette séquence:

  1. liaison de l’EGF et dimérisation du récepteur
  2. autophosphorylation des tyrosines
  3. recrutement de Grb2 et Sos
  4. activation de Ras par échange GDP-GTP
  5. cascade Raf-Mek-MAP kinases

Compléments

• Une mutation du gène Ras peut maintenir Ras hyperactive en absence d’EGF et provoquer une prolifération cellulaire incontrôlée.

💡 Astuce mémo

Dimérisation → phosphorylation → kinases → protéines cibles

📖 10. Adaptation et désensibilisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Désensibilisation : Diminution réversible de l’amplification du signal par inhibition du récepteur ou d’une protéine de signalisation après stimulation.

★ À maîtriser

📌 L’upregulation augmente la quantité de récepteurs par leur synthèse, tandis que la downregulation diminue leur quantité par endocytose et dégradation.

Compléments

📌 La désensibilisation homologue agit uniquement sur le récepteur stimulé, tandis que la désensibilisation hétérologue agit sur plusieurs récepteurs de la cellule, stimulés ou non.

• L’acétylcholinestérase réduit le signal en dégradant l’acétylcholine en acétate et choline.

💡 Astuce mémo

Upregulation augmente les récepteurs, downregulation les diminue

📖 11. Applications physiologiques et thérapeutiques

★ À maîtriser

• Dans le muscle cardiaque, l’activation de Go par l’acétylcholine ouvre des canaux K+, provoque une hyperpolarisation et diminue la fréquence cardiaque.

• Dans le choléra, la toxine bloque l’hydrolyse de la sous-unité αs, maintient l’adénylate cyclase activée, augmente l’AMPc et provoque un déséquilibre ionique, une diarrhée et une déshydratation.

• Le récepteur GABAA est un canal chlore dont l’activation par le GABA hyperpolarise la membrane et limite la transmission du signal neuronal.

Compléments

• L’atropine antagonise le récepteur muscarinique M2, bloque l’activation des canaux potassiques et peut être utilisée dans le malaise vagal.

• Dans les bâtonnets, un photon active la rhodopsine et la transducine, stimule la phosphodiestérase, diminue le GMPc, ferme les canaux Na+ et provoque une hyperpolarisation en environ 20 millisecondes.

📌 Les benzodiazépines sont des modulateurs allostériques positifs du récepteur GABAA, les barbituriques sont des agonistes favorisant l’ouverture du canal et le flumazénil est un modulateur allostérique neutre utilisé comme antidote.

📊 Tableaux de synthèse

Modes de communication cellulaire

Types de récepteurs