Fiche de révision : Signalisation cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Principes de la signalisation cellulaire
2. Voies des récepteurs transmembranaires
3. Récepteurs canaux et flux ioniques
4. Structure et classification des RCPG
5. Activation des protéines G trimériques
6. Effecteurs et kinases des protéines G
7. Voies de signalisation et outils pharmacologiques
8. Désensibilisation et recyclage des RCPG

📖 1. Principes de la signalisation cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Récepteur membranaire : Protéine transmembranaire qui traverse la membrane une ou plusieurs fois, fixe un signal exogène ou endogène et transmet l’information à l’intérieur de la cellule.

📝 Points essentiels

• Le devenir d’une cellule dépend de l’intégration de signaux qui peuvent contrôler sa multiplication, sa division ou sa différenciation.

📌 La molécule extracellulaire reste hors de la cellule lors d’une signalisation par récepteur membranaire, tandis qu’un transporteur peut la faire traverser la membrane.

• La signalisation transmet une information extracellulaire par des interactions protéine-protéine, des changements structuraux, des seconds messagers et des phosphorylations qui activent ou inhibent des protéines.

💡 Astuce mémo

Le récepteur transmet le signal ; le transporteur fait traverser la membrane à la molécule.

📖 2. Voies des récepteurs transmembranaires

★ À maîtriser

📌 La voie A des récepteurs à sept domaines transmembranaires produit des seconds messagers, tandis que la voie B des récepteurs à un domaine transmembranaire repose sur des interactions protéine-protéine et des kinases sans second messager.

• 🔄 La voie des récepteurs à sept domaines suit ces étapes :
  1. Le médiateur active le récepteur portant la séquence DRY.
  2. Le récepteur active la protéine G.
  3. La protéine G active un effecteur.
  4. L’effecteur produit un second messager.
  5. Le second messager module une kinase par phosphorylation.
  6. La kinase contribue à la réponse cellulaire.

• 🔄 La voie suit cet enchaînement :
  1. Le récepteur interagit avec GRB2.
  2. GRB2 interagit avec SOS.
  3. SOS interagit avec Ras.
  4. Ras liée au GTP active des kinases ; l’hydrolyse du GTP en GDP inactive Ras.

Compléments

• Les seconds messagers solubles cités sont l’AMPc, l’IP3 et le Ca2+, tandis que les messagers membranaires cités sont le DAG et le PIP3.

• Le domaine SH2 reconnaît les tyrosines phosphorylées, ce qui permet notamment à GRB2 de reconnaître un récepteur phosphorylé.

• Le domaine SH3 reconnaît une séquence consensus riche en proline, permettant à GRB2 d’interagir avec SOS.

• La PI3 kinase comprend une sous-unité p85 qui active p110 et interagit avec le récepteur par son domaine SH2, ainsi qu’une sous-unité p110 portant l’activité catalytique ; leur interaction est nécessaire à l’activation de la kinase.

• Le domaine PH se lie à des phospholipides tels que PIP2 ou PIP3 et peut rapprocher une protéine de la membrane.

📖 3. Récepteurs canaux et flux ioniques

★ À maîtriser

• La fixation de deux molécules d’acétylcholine au récepteur nicotinique ouvre son pore et permet le passage d’ions à travers la membrane.

• Le récepteur nicotinique laisse entrer principalement Na+ et Ca2+ et sortir K+ ; le courant entrant majoritaire dépolarise la fibre musculaire et contribue à la contraction.

📌 Les récepteurs canaux cationiques responsables de l’entrée de Na+ et/ou Ca2+ sont dépolarisants et excitateurs, tandis que les récepteurs canaux anioniques responsables de l’entrée de Cl− sont hyperpolarisants et inhibiteurs.

Compléments

• Les cinq sous-unités du récepteur nicotinique sont :

  • α, site de liaison à l’acétylcholine
  • α, site de liaison à l’acétylcholine
  • β, modulation du canal sans site de liaison
  • δ, modulation du canal sans site de liaison
  • γ, modulation du canal sans site de liaison

• La dépolarisation de la fibre musculaire provoquée par le récepteur nicotinique entraîne une libération de calcium, le glissement de l’actine et de la myosine, puis la contraction musculaire.

• Les récepteurs canaux cationiques cités sont :

  • les récepteurs nicotiniques
  • les récepteurs NMDA du glutamate
  • les récepteurs AMPA du glutamate
  • les récepteurs de l’aspartate

• Les récepteurs canaux anioniques cités sont les récepteurs du GABA et de la glycine.

💡 Astuce mémo

Cations dépolarisants, anions hyperpolarisants.

📖 4. Structure et classification des RCPG

🔑 Notions clés & Définitions

• RCPG : Protéine formée d’une seule chaîne polypeptidique comprenant sept domaines transmembranaires en hélice α, avec un N-terminal extracellulaire et un C-terminal intracellulaire.

★ À maîtriser

• Les six classes de RCPG chez l’Homme sont A, B, C, F, T et O ; la classe A est la plus représentée.

• L’appartenance à la classe A exige :
  • une séquence DRY
  • un pont disulfure entre E1 et E2
  • des acides aminés conservés

📌 Dans les sous-groupes de classe A, le ligand du sous-groupe α se loge dans une poche profonde entre les hélices, celui du sous-groupe β se fixe entre les hélices avec un site extracellulaire, celui du sous-groupe δ se fixe seulement au N-terminal et celui du sous-groupe γ se fixe par voie transmembranaire.

Compléments

• Chez l’Homme, environ 1 000 types de RCPG sont décrits, dont 450 endogènes et 550 olfactifs et gustatifs ; 150 sont orphelins, ces récepteurs représentant environ 1 % du génome et étant ciblés par 30 % des médicaments produits.

• Lefkowitz et Kobilka ont obtenu le prix Nobel de chimie en 2012 pour leurs travaux sur les RCPG.

• Les boucles extracellulaires des RCPG sont nommées E1, E2 et E3, tandis que les boucles intracellulaires sont nommées I1, I2 et I3.

• Les modifications post-traductionnelles décrites comprennent : un pont disulfure possible entre E1 et E2, des N-glycosylations sur l’asparagine, plus rarement, des O-glycosylations, une acylation reliant parfois une pseudo-boucle I4 au C-terminal

• La classe B fixe son ligand notamment au domaine N-terminal relativement long et comprend notamment les récepteurs de la calcitonine et de la sécrétine.

• La classe C fixe son ligand sur un grand domaine N-terminal en pince de crabe et comprend notamment les récepteurs du glutamate, du GABA et du calcium.

📖 5. Activation des protéines G trimériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéine G trimérique : Complexe de trois sous-unités α, β et γ, distinct des petites protéines G constituées d’une seule sous-unité.

★ À maîtriser

• Au repos, la protéine G trimérique est associée avec du GDP sur α ; l’activation du récepteur favorise l’échange GDP-GTP, la dissociation de α du dimère βγ et l’interaction des deux complexes avec des effecteurs ; l’hydrolyse du GTP en GDP réunit ensuite les trois sous-unités.

• La sous-unité αs stimule son effecteur, αi l’inhibe, αq le stimule et α12/13 intervient dans l’activation de RhoA.

Compléments

• La sous-unité α porte le nucléotide GDP ou GTP, et les protéines G trimériques sont associées à la membrane plasmique, où leur proximité avec le récepteur et les effecteurs favorise la réponse au signal.

• Les sous-unités α et le complexe βγ peuvent tous deux activer des effecteurs après leur dissociation.

• Les sites préférentiels d’interaction de α avec les RCPG se trouvent sur les boucles intracellulaires I2 et I3, et parfois sur une pseudo-boucle I4.

💡 Astuce mémo

GDP au repos → GTP et séparation → hydrolyse du GTP et retour au trimère.

📖 6. Effecteurs et kinases des protéines G

★ À maîtriser

• Gαs stimule l’adénylate cyclase et la production d’AMPc, tandis que Gαi inhibe l’adénylate cyclase et diminue l’AMPc.

• Gαq stimule la phospholipase Cβ, qui hydrolyse le PIP2 en IP3 et DAG.

• Les kinases phosphorylent les groupes OH des sérines, thréonines ou tyrosines en transférant un phosphate issu de l’ATP, tandis que les phosphatases retirent des phosphates.

• La PKA est activée par l’AMPc, la PKC par le calcium, et la Rho-kinase par RhoA.

Compléments

• Gα12/13 favorise l’activation de la petite protéine G RhoA, tandis que le complexe Gβγ stimule la phospholipase A2 et la production d’acide arachidonique.

• L’adénylate cyclase catalyse la conversion de l’ATP en AMPc et comporte deux domaines cytosoliques C1 et C2 ; Gαs stimule l’enzyme par C2, tandis que Gαi l’inhibe par C1.

• 🔄 L’activation de la PKA se déroule ainsi :

  1. La PKA inactive réunit deux sous-unités régulatrices et deux catalytiques.
  2. Quatre molécules d’AMPc se fixent sur les sous-unités régulatrices.
  3. Les sous-unités régulatrices se séparent des sous-unités catalytiques.
  4. Les sous-unités catalytiques phosphorylent des protéines et peuvent migrer dans le noyau.

• Le calcium se fixe au domaine C2 de la PKC et la rapproche de la membrane où elle est pré-activée ; le DAG se fixe ensuite au domaine C1, permettant le dépliement et l’activation de la kinase.

• Rho-GTP se lie à la Rho-kinase et libère son domaine kinase, ce qui rend la kinase fonctionnelle.

📖 7. Voies de signalisation et outils pharmacologiques

★ À maîtriser

📌 Les voies Gαs-adénylate cyclase-PKA, Gαq-phospholipase C-PKC, Gα12/13-RhoA et Gβγ-phospholipase A2 sont activatrices, tandis que la voie Gαi inhibe la production d’AMPc.

Compléments

• La phospholipase A2 produit de l’acide arachidonique, qui peut être transformé par la cyclo-oxygénase en prostaglandines et thromboxane.

• Le calcium mobilisé par l’IP3 est majoritairement stocké dans le réticulum endoplasmique et minoritairement dans les mitochondries.

• La forskoline traverse la membrane sans transporteur et active directement l’adénylate cyclase, indépendamment des récepteurs et des protéines G.

• La toxine pertussique bloque Gαi, levant ainsi son inhibition et augmentant l’AMPc, tandis que la toxine cholérique se fixe à Gαs et provoque une production élevée d’AMPc.

• Un récepteur peut être couplé à deux ou trois protéines G à la fois, même si une protéine G reste dominante ; l’histamine peut notamment être couplée à Gs ou Gq.

📌 La physiologie inversante part de l’analyse moléculaire pour remonter à la réponse physiologique, plutôt que de partir d’un phénomène physiologique pour rechercher ses récepteurs.

💡 Astuce mémo

La forskoline active directement l’adénylate cyclase ; la toxine pertussique bloque l’inhibiteur Gαi.

📖 8. Désensibilisation et recyclage des RCPG

★ À maîtriser

• 🔄 La désensibilisation homologue débute ainsi :
  1. Le complexe βγ active la kinase GRK.
  2. GRK phosphoryle le RCPG.
  3. Le récepteur phosphorylé ne peut plus se lier à Gα.
  4. Les arrestines reconnaissent les phosphates et contribuent à l’endocytose par des vésicules recouvertes de clathrine.

Compléments

• Un RCPG peut être activé au maximum pendant environ cinq minutes avant que des mécanismes n’arrêtent sa transmission.

• Le ligand se détache difficilement du RCPG à la membrane en raison de leur forte affinité, indiquée à 10⁻⁹ ; le pH 6 des endosomes favorise sa dissociation.

• 🔄 Le devenir du complexe internalisé suit ces étapes :

  1. La clathrine se détache de la vésicule.
  2. La vésicule fusionne avec un endosome.
  3. Le ligand rejoint la voie lysosomale.
  4. Des phosphatases retirent les phosphates du C-terminal et libèrent le récepteur de l’arrestine.

• Dans 99 % des cas, les RCPG internalisés sont recyclés vers la membrane ; ce recyclage dure au minimum 15 minutes et peut prendre une à deux heures.

• Dans 1 % des cas, les RCPG internalisés passent des endosomes aux lysosomes où ils sont dégradés.

💡 Astuce mémo

Phosphorylation → arrestine → endocytose → tri du récepteur.