COURS IFSI 2009

UE2 S1 Biologie fondamentaleSignalisation

Viviane GUILLAUME Professeur

Biochimie - Génie Biologique Biologie médicale

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Plan

☛ Les cellules communiquent avec leur environnement et entre elles.

☞ Les cellules sont proches

Les structures moléculaires concernées- Jonctions communicantes- Interactions cellule/cellule- Interactions cellule/matrice extracellulaireRôle des ces molécules

☞ Les cellules sont éloignées

- Les signaux- Principes de transmission- Modes de signalisations- Les récepteurs membranaires- Les récepteurs couplés aux protéines G

☛ Pathologie de la transduction du signal☛ Les mécanismes moléculaires des médicaments

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Hiérarchie •  Organisme •  Système d’organes •  Organe •  Tissu •  Cellule (+ Matrice Extracellulaire)

•  Organites •  Micro domaines de protéines

et de lipides •  Molécules

Fonction spécifique (par exemple) - Contraction – muscle - Production des anticorps – cellules immunitaires - Frontière – épithélium et endothélium - Production des hormones –glandes endocrines - Transport des signaux –nerfs - Senseurs – le barorécepteur (vaisseaux, derme), photorécepteur (rétine)

Contraction Muscle

Anticorps Plasmocytes

Frontière Épithélium

Hormones Glandes endocrines

Transport de signaux Nerfs

Photorécepteur Rétine

Fonction spécifique

☛ Organisme comprend 10 13 à 10 14 cellules organe tissus cellules

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☛ 200 types cellulaires échangent des signaux en permanence

Communication

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Moyens de communication des cellules

avec l’environnement

➥

➦La cellule reçoit des signaux La cellule émet

des signaux

existence destructures membranaires

Récepteurs

☛ Le signal est intégré par le récepteur et « transduit » en signal biologique

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Communications intercellulaires

➡Les cellules sont proches

☛ le signal passe par les jonctions communicantes ou « gap junctions ». Elles ont formées par des protéines membranaires intégrales appelées connexines. Celles-ci s’associent pour former un connexon qui est une structure creuse qui traverse la membrane plasmique.

Les jonctions communicantes permettent le passage de signaux chimiques ou électriques entre les cellules adjacentes afin de coordonner leurs réponses.

canaux

connexons espace intercellulaire

connexon fait de 6 unités

canal ouvert

2 connexons forment un canal

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☛ Le signal passe par des structures responsables de la reconnaissance et de l’adhérence cellulaire.Les cellules établissent des contacts par l’intermédiaire de molécules d’adhésion. Les cellules adhèrent l’une à l’autre et échangent des informations.

☞Interactions cellule /cellule

CAMCAM

SAM

CAM cellular adhesion molécule

Ces molécules font p a r t i e d e l a superfamille des immunoglobulines et comprennent les cadhérines et les sélectines.

☞ Interactions cellule/matrice extracellulaire

SAM substratum adhesion molécule

Ces molécules sont spécialisées dans la liaison non covalente avec des glycosaminoglycanes.

➡Les cellules sont proches

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http://bcs.whfreeman.com/lodish5e/pages/bcs-main.asp?v=category&s=00010&n=06000&i=06010.01&o=|00510|00610|

00520|00530|00540|00560|00570|00590|00600|00700|00710|00010|00020|00030|00040|00050|01000|02000|03000|04000|05000|06000|07000|08000|09000|10000|11000|12000|13000|14000|15000|16000|

17000|18000|19000|20000|21000|22000|23000|99000|&ns=209

Rôle des molécules d’adhérence

Physiologique- Assemblage cellulaire,- Circulation des cellules immunitaires (inflammation, coagulation),- Cohésions cellulaires (jonctions),- Signalisation intracellulaire.

Pathologique- Invasion bactérienne- Implantation des métastases- Maladies auto-immunitaires. Exemple

La diapédèse des leucocytes

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Les cellules sont plus ou moins éloignées

Communications intercellulaires

Les signaux sont des « molécules informatives ».

☛ Une molécule informative est une molécule libérée par une cellule A et qui interagit spécifiquement avec une structure appelée récepteur sur la membrane d’une autre cellule B. La molécule informative est souvent appelée aussi « premier messager ».

Les molécules informatives, du point de vue chimique se répartissent en :

- Molécules hydrophiles, hydrosolubles ne peuvent pas traverser la membrane,

- Molécules hydrophobes, liposolubles peuvent traverser la membrane,

- Molécules qui sont des gaz en particulier le monoxyde d’azote.

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Principe de la transmission du signal

Biosynthèse

Stockage

Sécrétion

cellule émettrice cellule réceptrice

transport

récepteur

⎬

Productiondu

signal

Transmissiondu

signal

Réceptiondu

signal

Interprétationdu

signalEffet biologique

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Les différents types de signalisation des molécules informatives

Endocrinie ParacrinieAutocrinie

- La sécrétion a lieu d a n s l e c o u r a n t sanguin

- La cellule «cible» est à grande distance

- Le messager est une «hormone».

- La sécrétion a lieu dans le milieu extra-cellulaire.

- La cellule «cible» est au voisinage.

- Le messager est un facteur de croissance

- Agit sur la cellule de signalisation.

- Le messager local vers le milieu extracellulaire.

- Le messager est un facteur de croissance, une cytokine.

☟☟

☟

⎨soma

Neurocrinie- La ce l l u l e e s t un

neurone.

- La sécrétion a lieu au niveau de la synapse.

- Le messager est un neuro-médiateur

axone

synapse

neuro-transmetteur

➡ Voir cours Tissu nerveux11

exemple de communication

Glycémie élevée

Sécrétion d’insuline par les

cellules du pancréas

Transport du glucose dans les adipocytes et les cellules musculaires

Glycémie revient à la normale

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Les récepteurs

☛ Définition

- Un récepteur peut être défini comme une structure moléculaire (protéine, souvent une glycoprotéine) qui interagit spécifiquement avec un «messager» (hormone, facteur de croissance, cytokine, contact cellulaire).

- Cette interaction crée une modification du récepteur qui conduit à une ouverture d’un canal, à une cascade de réactions enzymatiques, par exemple.

☛ Les récepteurs membranaires

Un récepteur membranaire comporte - une partie extracellulaire où se trouve le site de reconnaissance de la

molécule informative,- une partie transmembranaire,- une partie intracellulaire.

insuline

partie transmembranaire

partie intracellulaire

partie extracellulaire

☞ La fixation de la molécule informative active le récepteur membranaire.

- Différentes voies de signalisation sont possibles et dépendent des molécules informatives, des récepteurs, des cellules concernées.

- Elles sont un moyen de langage moléculaire universel. Ces voies aboutissent à une réponse de la cellule. C’est la « transduction du signal ».

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Différents types de récepteurs membranaires existent, avec ou sans activité enzymatique

☛ Récepteurs canaux

- Un récepteur canal fait communiquer le cytoplasme avec le milieu extracellulaire.

- La molécule informative module l’ouverture du canal et régule l’entrée dans la cellule soit des cations (Na+ ou Ca 2+), soit des anions (Cl-).

L’ouverture des canaux cationiques, en favorisant l’entrée de Na+ ou de Ca2+, dans la cellule entraîne une dépolarisation de la membrane et une augmentation de l’excitabilité. (voir cours sur le neurone et cellule musculaire).

☛ Récepteurs à activité enzymatique

membrane plasmiqueions

molécule informative

molécule informative

site catalytique activésite catalytique inactif

- La fixation de la molécule informative sur le récepteur active le site enzymatique du récepteur.

- Le récepteur de l’insuline est un récepteur qui possède une activité «kinase».

- Une «kinase» est une protéine enzymatique qui a la fonction d’ajouter un phosphate. Cette action s’appelle une «phosphorylation».

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☛ Récepteurs couplés aux protéines G

- Les récepteurs liés aux protéines G nécessitent pour leur activation la présence de GDP (guanosine di phosphate, qui phosphorylé donne le GTP guanosine triphosphate).

- Les protéines G entrent en contact avec le récepteur et transmettent le signal à des enzymes, (adénylcyclase, phospholipase C....)

- L ’ A M P c e s t u n a c t i v a t e u r d’enzymes, les protéines kinases, dont le rôle est de « phosphoryler » des protéines qui vont induire la réponse de la cellule.

➡ L’adényl cyclase assure la transformation (en présence de l’ion Mg2+) de l’ATP en AMPc (adénosine monophosphate cyclique).

Molécule informative

Effecteur

AMPc

Phosphorylation

http://rea.decclic.qc.ca/dec_virtuel/biologie/101-NYA-05/Cellule_et_evolution/1.La_Cellule/Phosphorylation/phospor.htm15

☛ Récepteurs couplés aux protéines G

animation

http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120109/bio48.swf

16d’après Manuel anatomie et physiologie humaineTotora&Derrikson ed. deboeck

☛ Récepteurs couplés aux protéines G

➡ La phospholipase C est un autre enzyme qui sous l’action de la protéine G, à partir de la formation de diacylglycérol (DAG) et d’insositol triphosphate (IP3) (à partir des lipides membranaires) stimule la libération de calcium à partir du réticulum endoplasmique.

molécule signal

Protéine Gactivationenzyme

phospholipide membranaire

DAG

protéine kinase activée

calcium

IP3 ouverture du canal Calcium

réticulum endoplasmique

1

2

3

45

5’

6

7

8 9

http://www.bio.davidson.edu/courses/Immunology/Flash/IP3.html

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☛ Les récepteurs intracellulaires

- Les hormones stéroïdes, testostérone estradiol, progestérone, cortisone, aldostérone, hormone thyroïdienne, la vitamine D, les rétinoïdes sont des messagers qui entraînent des effets nucléaires.

- Le messager (molécule informationnelle lipophile, traverse la membrane plasmique.• Soit, il se lie avec le récepteur présent dans le cytoplasme. c’est le complexe qui

interagit avec l’ADN en provoquant la transcription pour une protéine.• Soit il se lie avec le récepteur présent dans le noyau et entraîne la transcription

d’une portion de l’ADN pour sa traduction en protéine.

http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120109/bio46.swf

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Résumé transduction du signal

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Transduction du signal par les récepteurs couplés aux protéines G

☛ Choléra

Inhibition de l’activité (GTPasique) d’une unité de la protéine G qui provoque une augmentation de l’AMPc. ceci provoque des diarrhées par inversion des transports d’eau et de chlore.

☛ La coqueluche

La protéine G (unité régulatrice et inhibitrice) ne se fixe pas au récepteur, provoque une augmentation de l’AMPc dont la conséquence est une sécrétion massive de liquideresponsable de la toux.

☛ Tumeurs diverses

Des mutations au niveau de la protéine G entraînent des tumeurs comme celles de l’hypophyse, de l’ovaire, des cortico-surrénales.

Pathologie due aux protéines G

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Pathologie due aux Récepteurs

☛ Mutations qui activent les récepteurs

- Rhodopsine et rétinite pigmentaire,- Récepteur de l’hormone lutéinisante et puberté précoce,- Récepteur de l’hormone thyroïdienne et hyperthroïdie,- Récepteur sensible aux ions calcium et hypoparathyroïdie.

☛ Mutations qui entraînent une perte d’activité des récepteurs

- Récepteur sensible aux ions Ca2+ et troubles du métabolisme phosphocalcique,- Rétinite et rétinite pigmentaire,- Récepteur du glucagon et diabète non-insulino-dépendant.

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Transduction et traitements médicaux

☛ Action sur les récepteurs

- Récepteur à l’histamine : traite de l’allergie à l’histamine, - R β-adrénergiques : traitement de l’hypertension et des troubles du rythme

cardiaque par les β-bloquants.

☛ Action sur les effecteurs de la voie de transduction

Traitement des phénomènes inflammatoires tissulaires non infectieux, par des corticostéroïdes qui inhibent la phospholipase concernée.

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animation

http://www.pharmacomedicale.org/site/includes/popUp/anim.aspx?ch=http://www.pharmacomedicale.org/site/Media_EXT/upload/base/rub_10/srub_14/fic_122/par_136/modact3bis.swf

Oh, là, là !

Courage !

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Objectifs

- Identifier le vivant et ses caractéristiques, - Développer une vision intégrée des niveaux d’organisation de la cellule à l’organisme, - S’approprier des connaissances de base en biologie cellulaire et moléculaire, - Faire le lien entre des connaissances biologiques et les notions d’homéostasie, de maladie, ou

de thérapeutique.

Biologie Fondamentale de l’UE 2.1

- ☛ La structure des molécules et leurs interactions est à la base de la compréhension de la plupart des phénomènes physiologiques et de leurs dérèglements.

- Les cellules communiquent avec l’environnement et entre elles par molécules interposées.

- Les cellules sont proches ou éloignées.- Des mécanismes ont été mis en place au cours de l’évolution, et ont abouti à un

langage moléculaire universel, que les scientifiques n’ont pas encore complètement élucidé.

- Les éléments de base présentés ont l’ambition de vous initier à ce langage en espérant que vous y trouverez des réponses, d’aller chercher encore plus loin, pour répondre aux questions que vous ne manquerez pas de vous poser, au cours de vos études,enfin je vous le souhaite.

Viviane GUILLAUME Professeur

Biochimie - Génie Biologique Biologie médicale

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