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Mécanismes moléculaires de la transduction des signauxLe métabolisme de l’information
1ère partie
Hélène CavéDépartement de Génétique, Hôpital Robert Debré
FACULTE DE MEDECINE
L2 - UE1Bases Moléculaires et Cellulaires des Pathologies
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Hormones
Lumière
Aromes
Odeurs
METABOLISME DE L’INFORMATION
LA CELLULE REPOND A DES SIGNAUX SPECIFIQUES DE SON ENVIRONNEMENT
Facteurs de croissance
Neuromédiateurs
Matrice extra-cellulaire
CytokinesIons
� Nombre réduit de processus fondamentaux � Phosphorylation des molécules cibles� Interaction entre les différentes voies� Importance en physiologie ���� importance en pathologie
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TRANSMISSION D’INFORMATION A LA CELLULE
Milieu extracellulaire
Cytosol
Interaction récepteur/protéines
cytoplasmiques
Passage du ligand dans le cytoplasme
PASSAGE DE LIGAND TRANSDUCTION DU SIGNAL
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Milieu extracellulaire
Cytosol
Dissociation de la protéine G et action sur ses cibles
ACTIVATION D’UNE KINASE
PHOSPHORYLATION DU RECEPTEUR
ACTIVATION D’UNE PROTEINE G
P P
ααααββββγγγγ
ββββγγγγαααα
TRANSDUCTION DU SIGNAL
Fonction tyrosine kinase activéeSites d’ancrage
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Dissociation de la protéine G et action sur ses cibles
ACTIVATION D’UNE KINASE
PHOSPHORYLATION DU RECEPTEUR
ACTIVATION D’UNE PROTEINE G
P P
RECEPTEURS A 7 DOMAINES TRANSMEMBRANAIRES
ααααββββγγγγ
ββββγγγγαααα
Fonction tyrosine kinase activéeSites d’ancrage
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Lumière(Photons)
(rhodopsinedes batonnets)
IonsCa++
Stimuli sensoriels(molécules olfactives, gustatives, phéromones)
Petites molécules endogènes- acides aminés
(acide glutamique et γ-amino-butyrique) - amines (acétylcholine, adrénaline, noradrénaline, dopamine, histamine, mélatonine, sérotonine) - nucléosides(adénosine) et nucléotides (ADP, ATP, UTP) - lipides(anandamide, leucotriènes, Platelet Activating Factor, prostaglandines, thromboxane A2)
Protéines- hormones(glucagon, thyrotropine TSH, lutropine LH, follitropine FSH, choriogonadotropine HCG) - protéases(thrombine)
LES PROTEINES G TRANSDUISENT LE SIGNAL D’UN GRAND NOMBRE DE RECEPTEURS
ββββγγγγ
RECEPTEURS A 7 DOMAINES TRANS-MEMBRANAIRES
αααα
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COMMUTATEURS MOLECULAIRESCOMMUTATEURS MOLECULAIRES
PROTEINES FIXANT LE GTPPROTEINES FIXANT LE GTP
GEFGuanosyl exchange
factor
GAPGTPase activating
protein
Protéine—GTP (active)
Protéine—GDP (inactive)
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CYCLE DES PROTEINES G
Au repos
Activation du récepteur par un agoniste (ligand)
GTP GDP
ββββγγγγ
Activation des protéines G par le complexe récepteur/ligand
Effecteurααααββββ γγγγ
GTP
Régulation de l’activitéd’effecteurs
P
Activité GTPaseintrinsèque
ααααββββ
γγγγ
GDP
αααα
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LES PROTEINES G ACTIVENT OU INHIBENT LEUR CIBLENombreuses Nombreuses isoformesisoformes de chacune des de chacune des soussous--unitunitééss
ααααββββγγγγ
Gααααs/Gααααi Gααααq Gααααo
Adénylatecyclase Phospholipase C Canaux Ca++
Canaux K+
ATP AMPc(PKA)
PIP2 IP3 (Ca++) DAG (PKC)
GααααtTransducine
[+] [-]
photons
Amines ββββ-adrénergiquesHormones parathyroïdiennes
GlucagonAcétylcholineAmines αααα-adrénergiquesNeuromédiateurs
AcétylcholineAmines αααα-adrénergiquesNeuromédiateursvasopressine
GMPcPhosphodiestérase
GMPc GMP
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EFFECTEUR : ADENYLATE CYCLASEEFFECTEUR : ADENYLATE CYCLASE
Adenylate cyclaseGααααs
PPi
ATP AMPc
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PHOSPHORYLATIONS ET DEPHOSPHORYLATIONS
Changement de conformation
Site de fixation pour d’autres protéinesEx : protéines 14-3-3 fixent RXXX[pS/pT]XP→ Rétention dans le cytosol
(pas d’entrée dans le noyau)Régulent 30% des protéines� 520 Protéines Kinases� 150 Phosphatases
1-2% du génome humain
Protéine—OH + ATP ���� Protéine— + ADP
Protéine kinase
Protéine phosphatase
Tyrosine (Tyr,Y)
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EFFECTEUR : ADENYLATE CYCLASEEFFECTEUR : ADENYLATE CYCLASE
L’AMPc ACTIVE LES PROTEINES KINASE A (PKA)
rréégulatricegulatrice
catalytiquecatalytiquerréégulatricegulatrice
catalytiquecatalytique
Peptide pseudo-substrat RRXA inhibiteur des sous-unités catalytiques
(A non phosphorylable)
Changement de conformation
AMPc
rréégulatricegulatrice
catalytiquecatalytique
rréégulatricegulatrice
catalytiquecatalytique
AMPc
AMPcAMPc
AMPc
Protéine Protéine- P
Protéine- P Protéine
Plusieurs isoformes de chacune des sous-unités(Cαααα, Cββββ, Cγγγγ, RIαααα, RIββββ, RIIαααα, RIIββββ)
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Noyau
CRE
(cAMP Response Element)
CREB
P
LES PKA MODULENT L’ACTIVITE DE PROTEINESCYTOPLASMIQUES ET NUCLEAIRES
CREB
catalytiquecatalytique
catalytiquecatalytique
Cytoplasme
Action sur la transcription des gènes
�� TranscriptionTranscription
�� MMéétabolismetabolisme
�� ApoptoseApoptose
�� Cycle cellulaireCycle cellulaire
Protéine
P
Protéine
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LE NIVEAU DE 2ND MESSAGER EST LA RESULTANTE D’UN EQUILIBRE
ExempleExemple de de ll’’AMPcAMPcGααααS
GlucagonAminesβ adrénergiques
Gααααi
AcetylcholineAmines α adrénergiques
REPONSE CELLULAIRE
PKA(inactive)
PKA(active)
5’-AMPPhosphodiesterase
Protéine—OH
Protéine—PActivation/Inhibition
Gααααs Gααααi
RsRs RiRi
GγβγβγβγβGββββ
GγβγβγβγβGββββ
���� Adenylate cyclase -
Activités enzymatiquesExpression des gènesExcitabilité membranaire
AMPcATP
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LES PROTEINES G ACTIVENT OU INHIBENT LEUR CIBLENombreuses Nombreuses isoformesisoformes de chacune des de chacune des soussous--unitunitééss
ααααββββγγγγ
Gααααs/Gααααi Gααααq Gααααo
Adénylatecyclase Phospholipase C Canaux Ca++
Canaux K+
ATP AMPc(PKA)
PIP2 IP3 (Ca++) DAG (PKC)
GααααtTransducine
[+] [-]
photons
Amines ββββ-adrénergiquesHormones parathyroïdiennes
GlucagonAcétylcholineAmines αααα-adrénergiquesNeuromédiateurs
AcétylcholineAmines αααα-adrénergiquesNeuromédiateursvasopressine
GMPcPhosphodiestérase
GMPc GMP
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LES PHOSPHOINOSITIDESLES PHOSPHOINOSITIDES
� Inositol� Glycerol� 2 AG
7 différents types selon le profil de phosphorylation
Phosphatidyl-inositol phosphate inositol phosphate
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EFFECTEUR : PHOSPHOLIPASE CVOIE DES PHOSPHOINOSITIDES
WWW.rpi.edu
Clivage par laPhospholipase C
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Diacylglycérol Ca++
DAG
C1A C1B
C2
Fixation du pseudo-substratau site actif
Protéine kinase C (PKC)inactive en solution
Pseudo substrat C1A C1B C2 Protéine kinase
LE DIACYLGLYCEROL ACTIVE LA PROTEINE KINASE C
C1A C1B
C2
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L’INOSITOL TRI-PHOSPHATE (IP3) PROVOQUE LA LIBERATION DE Ca++ INTRACELLULAIRE
Ca++
pompe
(10-6 M)
CAM-kinases
ProtéineP
Protéine
Ca++Ca++Calmoduline
Ca++Ca++
(10-6 M Ca++)
Ca++ ReticulumEndoplasmique
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SIGNAL CALCIUMSIGNAL CALCIUM
Ca++
http://helix-web.stanford.edu/people/mliang/research.html
� Récepteurs 7TM : Cascade des phosphoinositides� Récepteurs pompes/canaux ioniques
[Ca++] extra-cellulaire (sang) 2.5 mM (2,5.10-3)intra-cellulaire (basal) 100 nM (1.10-7)
Différentiel 5.104
1-10 µM (10-6)Ouverture canaux calciques
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L’INOSITOL TRI-PHOSPHATE (IP3) PROVOQUE LA LIBERATION DE Ca++ INTRACELLULAIRE
Ca++
pompe
CAM-kinases
ProtéineP
Protéine
Ca++Ca++Calmoduline
Ca++Ca++
(10-6 M Ca++)
Ca++
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LES RECEPTEURS A 7 DOMAINES TRANSMEMBRANAIRESLES RECEPTEURS A 7 DOMAINES TRANSMEMBRANAIRES
VoiesVoies relayantrelayant le signal : le signal : effecteurseffecteurs des des proteinesproteines GG
Calmoduline
CAM-kinases
Ca++ Ca++
Ca++Ca++
ou
Activée ou inhibée
RécepteurLigand
PIP2
Gααααs/i
AC
AMPc
ATPGααααq
PLCDAG
PKC
IP3
IP4
Ca++
PKA
RE
Protéine Protéine
Protéine
Protéine
P
P
Protéine
P
Protéine
Ny
CRE
(cAMP response element)
CREB
P
PKA
Shéma récapitulatif …
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1. Niveau ligand
• Dissociation récepteur/ligand• Dégradation extra-cellulaire du ligand (acétylcholinesterase)
• Recaptage du ligand (terminaisons pre-synaptiques /neurotransmetteurs)
Inhibiteurs : Cocaïne / recaptage dopamine, noradrénalineAntidepresseurs / recptage sérotonine
2. Niveau récepteur • Désensibilisation • Diminution de synthèse (transcription) – (>1h)
3. Niveau post-recepteur
• Activité GTPase des protéines G• Catabolisme des 2nd messagers (phosphodiesterase/AMPc)
EXTINCTION DU SIGNAL - RECEPTEURS A 7TM
Les réponses cellulaires à de nombreuses hormones ou neurotransmetteurs sont en général de courte durée (secondes à quelques minutes)
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1. Découplage fonctionnel par phosphorylation (désensibilisation)2. Internalisation ligand/récepteur (recyclage ou dégradation)
DESENSIBILISATION DES RECEPTEURS A 7TM
http://www.123bio.net/cours/liaison/partie48.html
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ACGs GTPGs GDP
Pi X
ATP
AMPc + PPi
ACGs GTP NAD
nicotinamide
Toxine cholérique
ADPribose
Ouverture canal Cl-
LE CHOLERALE CHOLERA