Communications cellulaires. Comme les organismes multicellulaires, les cellules ont individuellement...
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Communications cellulaires
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Comme les organismes multicellulaires, les cellules ont individuellement besoin de percevoir leur environnement et d’y répondre (nutrition, lumière, dangers….)
Dans un organisme multicellulaire, chaque cellule utilise ces capacités pour communiquer avec les autres cellules
3 modes des communication cellulaires sont possibles sécrétion de substances chimiques signal à distance contact physique direct molécules liées à la membrane jonctions type « gap » échange de molécules informatives
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Dans une voie de communication, les points critiques sont ceux où l’information est convertie d’une forme en une autreOn appelle ce processus de conversion la transduction du signal
Les cellules fonctionnent de cette façon en utilisant
des signaux = molécules informatives des moyens de réception = récepteurs des moyens de transduction = protéines de signalisation intracellulaire
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Les moyens de la transmission chimique
Les molécules informatives ou transmetteursoligopeptidesmacroprotéines et glycoprotéinesacides aminésstéroïdesdérivés d’acides grasgaz
Grande variété de taille, de solubilité, de stabilité
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Molécules signal Lieu d’origine Nature chimique Certaines actions Hormones Adrénaline Glande surrénale Dérivé de l’acide
aminé tyrosine Augmente la pression artérielle, le rythme cardiaque et le métabolisme
Cortisol Glande surrénale Stéroïde (dérivé du cholestérol)
Intervient dans la plupart des tissus, dans le métabolisme des protéines, des hydrates de carbones et des lipides
Estradiol Ovaire Stéroïde (dérivé du cholestérol)
Induit et maintient les caractères sexuels secondaires femelles
Glucagon Cellules du pancréas
Peptide Stimule la synthèse du glucose, le catabolisme du glycogène et celui des lipides, par exemple dans les cellules hépatiques et les cellules graisseuses
Insuline Cellules du pancréas
Protéine Stimule la captation du glucose, la synthèse protéique et celle des lipides, dans par exemple les cellules du foie
Testostérone Testicule Stéroïde (dérivé du cholestérol
Induit et maintient les caractères sexuels secondaires mâles
Hormone thyroïdienne (thyroxine)
Glande thyroïde Dérivé de l’acide aminé tyrosine
Stimule le métabolisme de beaucoup de types cellulaires
Médiateurs locaux Facteur de croissance épidermique (EGF)
Diverses cellules Protéine Stimule la prolifération des cellules de l’épiderme et de beaucoup d’autres types cellulaires
Facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF)
Diverses cellules, dont les plaquettes du sang
Protéine Stimule la prolifération de nombreux types cellulaires
Facteur de croissance du nerf (NGF)
Divers tissus innervés
Protéine Promeut la survie de certaines classes de neurones ; promeut la croissance de leur axone
Histamine Mastocytes Dérivé de l’acide aminé histidine
Entraîne la dilatation des vaisseaux sanguins et les rend perméables ; contribue à entraîner l’inflammation
Monoxyde d’azote (NO)
Cellules nerveuses ; cellules endothéliales bordant les vaisseaux sanguins
Gaz dissous Entraîne la relaxation des cellules musculaires lisses ; contrôle l’activité de la cellule nerveuse
Neurotransmetteurs Acétylcholine Terminaisons
nerveuses Dérivé de la choline Neurotransmetteur stimulant à de
nombreuses synapses nerf-muscle et dans le système nerveux central
Acide γ-aminobutyrique (GABA)
Terminaisons nerveuses
Dérivé de l’acide glutamique (acide aminé)
Neurotransmetteur inhibiteur dans le système nerveux central
Molécules de signalisation dépendant du contact Delta Neurones à venir ;
divers autres types de cellules embryonnaires
Protéine transmembranaire
Empêche les cellules voisines de se spécialiser de la même façon que la cellule émettant le signal
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Transmission endocrine = diffusion par voie sanguinehormones glandes endocrineslentespécificité du signal due à propriétés chimiques des hormones
propriétés chimiques des récepteurs
Transmission paracrine = diffusion dans l’environnement cellulairemédiateurs chimiques locaux transmission nerveuse
prostaglandinesrapidespécificité du signal due à proximité
Transmission neuronale = diffusion nerveuseneurotransmetteursimmédiate (longue distance mais voie privilégiée, rapide)signal = impulsion électrique transformée en signal chimiquespécificité au niveau des synapses (< 100nm de distance, < 1ms)
contact directcommunication la plus intime et la plus courteSignal = molécule de membrane de la cellule émettriceSpécificité due à réception = molécule de membrane de la cellule cible
Modalités d’envoi des signaux (4 possibilités)
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Sécrétion de substance chimique
Contact physique direct
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Exemple de communication par contact directProtéine de signalisation deltaMolécule réceptrice notch
Lors du développement embryonnaire, la cellule destinée à devenir le futur neurone empêche la transformation des cellules adjacentesCe processus est très largement utilisé pour le contrôle de la formation de types cellulaires différenciés
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Les moyens de la transmission chimique
La cellule est soumise à l’afflux de nombreux types de signauxSélection du signal selon la fonction de la cellule et son étatExistence de récepteurs appropriés
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Les moyens de la transmission chimique
Les récepteurs mis en œuvre sont appropriés, donc en principe,
une molécule signal une cellule cible un récepteur donné un effet
mais cependant, la transmission est complexe
multitude d’effets possibles protéines relais cibles intracellulaires
multitudes de récepteurs interactions des systèmes relais présence d’un signal modifie
réponse aux autres signaux
cascade de signalisation transfert physique de l’information amplification distribution et organisation modulation en fonction de la cellule
Comme toujours, la cellule conjugue grande efficacité et économie de moyens
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La même molécule informative peut induire des réponses différentesdans des cellules cibles différentes
(A) et (B) récepteurs différents
(B) et (C) récepteurs identiques activation de modes de
réponse différents
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La cascade de signalisation
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Les moyens de la transmission chimique
Les récepteurs
de surface cellulairetraduisent les signaux en utilisant des molécules informatives
liés aux canaux ioniques catalytiques : protéines kinases phosphorylation liés aux protéines G : transducteursqui activent ou inactivent des enzymes liées à la membrane plasmiqueou des canaux ioniques
intracellulairesactivés par ex par les hormones stéroïdes règlent la transcription des gènesse fixent sur des séquences ADN spécifiques
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Récepteur intracellulaire
Récepteur intracellulaire
protéines régulatrices de gènes lent(ex : hormones stéroïdes)ou enzymes rapide(ex NO activant la guanylate cyclaseproduction de GMP cyclique)
localisation cytosol ou noyau cellulaire
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Récepteurs de surface
Concernent la grande majorité des signaux
Utilisent le couplage à canal ionique = flux d’ions = effet électrique protéine G = protéine activée vers cascade de signalisation enzyme = protéine activée vers cascade de signalisation
Ces récepteurs sont la cible des signaux physiologiques mais ausside beaucoup de molécules étrangères (héroïne, nicotine, poivre ….)
De nombreuses recherches de l’industrie du médicament s’attachent à trouver des substances se liant à un récepteur défini
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Les différents typesde récepteurs
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Les récepteurs couplés à une protéine G
activation des sous unités
Activation et inactivation des récepteursfonction de commutateurs cellulaires
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Contrôle de canaux ioniques
Activation d’enzymes couplées à la membrane plasmique
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Effets d’activationrapides
amplification du signaladaptabilité et sensibilité
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Activation de la transcription d’un gènepar augmentation de l’AMP cyclique
Effets d’activation lent chaîne de relais
hormonerécepteur à 7 passages trans mbprotéine Gadenylate cyclase AMP cyclique kinase A protéine régulatrice de gène transcription génique
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Réponses cellulaires induites par l’intermédiaire de l ’AMP cyclique par une
hormone
Molécule signal Tissu Principale réponseextra-cellulaire* cible
Adrénaline cœur accélération du rythme etaugmentation de la force decontraction cardiaques
Adrénaline muscle dégradation du glycogène
Adrénaline, ACTH,glucagon graisse dégradation de la graisse
ACTH surrénale sécrétion du cortisol
* Bien que toutes les molécules signalcitées ici soient des hormones, certaines réponses à des médiateurs locaux et neurotransmetteurs sont également obtenues par l’intermédiaire de l’AMP cyclique.
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Les récepteurs couplés à une enzyme
Voies de signalisation de la phospholipase C
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Réponses obtenues par l’intermédiaire de l ’activation de la phospholipase C
Molécule Tissu Principale réponse signal cible
Vasopressine (une foie dégradation du glycogènehormone protéique)
Acétylcholine pancréas sécrète de l’amylase (uneenzyme digestive)
Acétylcholine muscle lisse contraction
Thrombine (une plaquettes agrégationenzyme protéique) du sang
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fertilisation d’un ovule par un spermatozoïde augmentation du Ca 2+ dans la cellule
spermatozoïde
Ovule + colorant fluorescent sensible au Ca 2+
Effets du Ca 2+
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Récepteurs couplés à une enzyme
Complexe de signalisation intra cellulaire
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Cascade de phosphorylation de la protéine Ras activée
entraîne des changements complexe dans le comportement cellulaire(prolifération cellulaire ou différenciation)
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Réseaux d’information cellulaire
Connexions possibles entre voies de signalisation différentes
Mécanismes d’intégration d’un signal
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Différents types de jonctions cellulaires des tissus épithéliaux
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Jonction communicante de type gap(passage ions et petites molécules)
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Facteurs du maintien de l’organisation en tissus