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Introduction à la signalisation cellulaire (fascicule 1/3) Introduction à la signalisation cellulaire (fascicule 1/3)

http://www.ulysse.u-bordeaux.fr/atelier/ikramer/biocell_diffusion/index.htm#item09http://www.ulysse.u-bordeaux.fr/atelier/ikramer/biocell_diffusion/index.htm#item09 Cette ressource a été réalisée par IJsbrand Kramer et Gérard Tramu, Professeurs de l'Université Bordeaux 1. Elle a

bénéficié de la participation active de :

• Pascal Branchereau, Professeur Université Bordeaux 1 Centre de Neurosciences Intégratives et Cognitives, Université Bordeaux 1 (auteur de l'excursion « Rhodopsine et phototransduction »).

• Jean Dessolin et Michel Laguerre, IECB-UMR 5248 . • Alasdair Gibb et Guy Moss, Department of Pharmacology, University College London, London. • Peter Tatham et Bastien Gomperts (professeurs en retraite), Department of Physiology, University College London,

London. • Elisabeth Genot, IECB-INSERM U889 .

Introduction Dans le chapitre 01 « la cellule et sa membrane » nous avons illustré l'interactivité entre la cellule et l'organisme auquel

elle appartient. Cette interactivité suppose l'existence de moyens de communication entre la cellule est ses protagonistes. La communication est assurée par de nombreuses molécules informatives ; les (premiers) messagers qui, selon leur localisation et leur fonction majeures, peuvent être des neurotransmetteurs, des hormones, des cytokines (dont les facteurs de croissance) ou encore des composants de la matrice extracellulaire.

Figure 1. Transduction du signal ; premier messager, récepteur et second messager

La molécule informative est qualifiée de premier messager lorsqu'elle est reconnue par un récepteur (protéine de liaison) situé à la surface ou à l'intérieur de la cellule et que cette interaction induit un « signal intracellulaire » de la part de la cellule porteuse du récepteur. Les récepteurs et les signaux qu'ils transmettent, donnent à la cellule une représentation symbolique permanente de son environnement (fig. 1).

La conversion entre fixation du messager et émission du signal intracellulaire est appelée « transduction du signal ». Dans la vie de l'espèce la transduction du signal est un processus capital, surtout chez les métazoaires dont l'Homme, chez lequel on estime que 20% des gènes sont consacrés à sa réalisation (et pour cette même raison, la présente ressource est volumineuse !).

Premiers messagers et récepteurs

La production des premiers messagers Toutes les cellules sont engagées dans la production d'un messager ou d'un autre. Elles sont parfois très spécialisées et

regroupées en glandes (sécrétion endocrine). Le plus souvent, la cellule sécrète ses messagers qui agissent dans l'environnement proche (sécrétion paracrine). La sélectivité de l'action du premier messager est à la fois due à sa concentration (gradient), à l'orientation de ce gradient et à la présence de son récepteur sur ou dans la cellule (cible). Certaines cellules peuvent entièrement ignorer la présence d'une forte concentration d'un messager, si l'expression du récepteur de ce messager leur fait défaut. Le système nerveux ajoute à ce schéma général un critère de précision; en effet, ses sites de communication par l'intermédiaire de

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neurotransmetteurs, sont localisés aux synapses entre les neurones ou entre un neurone et un élément effecteur (jonctions neuro-musculaire et neuro-glandulaire), mode de transmission qualifié de « synaptique » (fig. 2).

Figure 2. Endocrine, paracrine, autocrine et synaptique

La plupart des premiers messagers sont des molécules hydrosolubles et ne traversent pas la membrane plasmique. Leurs récepteurs se trouvent donc à la surface de la cellule. Cependant, certaines hormones lipophiles capables de traverser la membrane, telles que stéroïdes, rétinoïdes et hormones thyroïdiennes, ont des récepteurs intracellulaires (cytoplasmique ou nucléaire), que l'on qualifie de « récepteurs nucléaires » (fig. 3). Le gaz monoxyde d'azote (NO), messager récemment identifié, traverse également la membrane et se fixe à une enzyme intracellulaire (causant ainsi, par exemple, la relaxation des muscles lisses des vaisseaux (vasodilatation).

Figure 3. Les récepteurs membranaires et intracellulaires

Dans cette ressource nous verrons, par des généralités et quelques exemples très précis, comment les premiers messagers agissent sur leur cellule cible.

Récepteurs et leurs ligands Au début du 20ème siècle, quand hormones et neurotransmetteurs firent leur entrée dans le domaine de la Physiologie

(science de l'organisme sain), la question se posa de savoir comment ces molécules exercent leur influence sur l'organisme ? Au départ on pensait qu'elles entraient dans les cellules en y agissant selon un mode plutôt non spécifique. Puis, quand John Newport Langley montra, en 1905, que l'action de ces composants pouvait être bloquée ou mimée assez spécifiquement par addition d'extraits végétaux, atropine et pilocarpine, à de très faibles concentrations, cette possibilité devint moins vraisemblable. Langley avança donc l'hypothèse d'une interaction du messager avec une molécule spécifique qu'il nomma « substance réceptrice» et qui transmettait l'effet physiologique. Cette notion avait déjà été avancée par Paul Ehrlich en 1895,

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alors qu'il étudiait l'effet protecteur des anticorps du sérum humain vis-à-vis des toxines bactériennes (ce qu'on appelle aujourd'hui l'immunisation passive). Il montra que l'effet de la toxine est inhibé par sa fixation aux anticorps du sérum (fig. 4). En d'autres termes « corpora non agunt nisi fixate” qu'on peut traduire par “un composant ne peut agir s'il n'est pas fixé». La preuve directe de l'existence de récepteurs fut apportée vers 1970 par l'isolement du récepteur nicotinique de l'acétylcholine à partir de l'organe électrique de poisson torpille (Torpedo marmorata) et d'anguille électrique (Electrophorus electricus) grâce à l'emploi de ligands radioactifs : l'agoniste acétyl-1-14C-choline et l'antagoniste 14C-hexaméthonium

Figure 4. La notion de « substance réceptrice »

Dans la recherche ultérieure de relations précises entre la molécule soluble (messager ou composant chimique à usage thérapeutique) et son récepteur, on introduisit le terme de “ligand”. Le ligand est défini comme une molécule se fixant sur son récepteur de façon spécifique et saturable. Le terme ligand s'applique à un large éventail de molécules endogènes allant du simple acide aminé (et dérivés) à des protéines volumineuses. Il désigne également des substances naturelles (endogène) et synthétiques (exogènes) qui interagissent avec le même récepteur. Lorsque ses substances miment l'action du ligand endogène, elles sont appelées « agonistes ». Lorsqu'elles n'ont aucun effet (et gênent uniquement la fixation du ligand endogène) on les appelle « antagonistes ».

Le terme “ligand” fut d'abord proposé par des chimistes pour décrire un groupe donneur d'électrons qui forment des complexes de coordination avec des ions métalliques (donc des sites à l'intérieur de macromolécules (NADH, cytochrome c, phosphatases etc) qui fixent Ca2+, Mg2+, Fe2+, Zn2+, Mn2+ et autres métaux).

Les agonistes et antagonistes appartiennent à la pharmacopée classique et ont révolutionné le traitement de maladies chroniques graves. Deux bons exemples sont fournis par : a) l'agoniste du récepteur β2-adrénergique dans le traitement de la broncho constriction (asthme) et b) l'antagoniste du récepteur β1/β2-adrénergique (« β-bloquant ») dans le traitement de l'angine de poitrine (angor stable).

Dans les ressources 07 « Acheminement des protéines à travers le REr et le Golgi » et 08 nous avons déjà introduit le terme « récepteur ». Les peptides de destination interagissent avec leur récepteur et cette interaction spécifique est à la base de l'acheminement des protéines synthétisées de nouveau. Dans cet exemple où le peptide de destination n'est évidemment pas un « premier messager », il se comporte tout de même comme un ligand, avec ses caractéristiques de liaison spécifique et saturable. Les termes s'appliquent donc très largement et définissent toujours une liaison précise entre deux molécules.

Les caractéristiques de l'interaction récepteur-ligand La liaison du ligand (endogène) à son récepteur est dans la plupart des cas non covalente. Pour les petits ligands,

hormones et neurotransmetteurs par exemple, l'interaction est déterminée par des liaisons très localisées de nature électrostatique (longue et courte distance, attractive ou répulsive) et du type forces de « van der Waals » (courte distance, toujours attractive). Pour les grands ligands il s'ajoute une attraction hydrophobe qui concerne des surfaces très étendues. L'interaction est réversible, le ligand s'associe à son récepteur puis, après un certain temps, s'en sépare.

Lorsque l'on étudie la liaison ligand-récepteur dans un espace temporel donné (quelques secondes), et qu'on mesure la durée de l'association, une durée faible caractérise un ligand à faible affinité (pour son récepteur), alors qu'une longue durée caractérise un ligand à forte affinité. Pour occuper le maximum de récepteurs pendant un certain temps, un ligand de faible affinité doit donc être présent en forte concentration (de l'ordre du nanomolaire (nM)). Ou contraire, une faible concentration suffit (de l'ordre du picomolaire (pM)) pour un ligand de forte affinité (voir fig. 6).

L'avantage de la faible affinité est la réversibilité rapide (de l'ordre de la milliseconde) de l'interaction alors que l'avantage de la forte affinité est une économie dans la production du ligand lui-même. L'acétylcholine, dont le récepteur est un canal sodium/potassium, est un exemple d'un ligand de faible affinité (nM) permettant des contractions musculaires transitoires et rapides. L'EGF est un exemple de ligand à haute affinité (pM) permettant l'induction de la prolifération cellulaire à faibles concentrations. Nous reviendrons sur ce sujet dans les paragraphes suivants.

Les récepteurs de surface sont en général au nombre de 10.000 copies par cellule. Ceci est nécessaire pour assurer un signal même en cas de faible concentration du ligand et donc de faible pourcentage de récepteurs occupés.

Si du point de vue pharmacologique, les récepteurs et les seconds messagers vous intéressent vous trouverez ci-dessous une série de liens avec des articles qui listent les récepteurs classiques, leurs noms, leurs ligands, leur localisation tissulaire, leurs agonistes et antagonistes. Ces articles ont été publiés sous l'entête « Receptor Listing » dans la revue British Journal of

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Pharmacology, volume 144, Issue Supplement 1 (Mars 2005). Cependant, vous ne trouverez rien sur les récepteurs tyrosine kinase, sérine/thréonine kinase ou sur les récepteurs de cytokines car les modalités d'interaction ligand récepteur n'ont pas encore été explorées par l'intermédiaire de drogues agonistes ou antagonistes

Figure 5. Les récepteurs et leurs ligands

Signalisation par les récepteurs membranaires

Perturbation de l'homéostasie cellulaire ; exemple classique de l'adrénaline Le premier messager interagit avec son récepteur et cette interaction induit un « signal », par une voie de signalisation

intracellulaire, qui modifie le comportement de la cellule cible. Ces voies de signalisation intracellulaires sont extrêmement diverses, parfois très courtes (ouverture des canaux ioniques) parfois en longues cascades d'interactions protéiques impliquant la production, par des molécules effectrices, de substances qui diffusent dans la cellule (ou sa membrane) et qu'on qualifie de « seconds messagers » (l'excursion 4 « Sutherland et la découverte du premier second messager, AMPc » vous en dit plus) (voir fig. 7). Ces voies de signalisation ont pour but de perturber l'homéostasie cellulaire et d'imposer un changement pour ajuster l'activité de la cellule aux besoins de l'organisme entier. Les réponses cellulaires sont souvent composées d'une réponse immédiate et de courte durée, de l'ordre de quelques secondes à quelques minutes, puis d'une réponse à long terme, de l'ordre de quelques heures à quelques jours, qui passe par le noyau pour agir sur le transcriptome (plasticité cellulaire).

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Figure 6. Récepteurs de faible (AchR dans la junction neuromusculaire) et forte affinité (EGFR sur une cellule épithéliale)

Figure 7. Voie de signalisation courte (canal ionique) et longue (récepteur d'adrénaline)

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Figure 8. Régulation de glycogène phosphorylase et synthase

L'intervention de l'adrénaline dans la dégradation du glycogène en glucose-1-phosphate, par l'enzyme phosphorylase-b du muscle squelettique, est un exemple classique de la façon dont un premier messager intervient dans la vie « quotidienne » de la cellule. En simplifiant, on peut dire que, sans intervention extérieure, l'activité de la phosphorylase-b est déterminée par quatre facteurs: 1) la concentration du substrat 2) celle du produit final, 3) la présence de facteurs allostériques qui interagissent positivement et 4) ceux qui interagissent négativement. Le glycogène est le substrat de la phosphorylase-b auquel elle arrache des glucoses qu'elle phosphoryle (glucose-1-phosphate). Le glucose-1-phosphate est converti en glucose-6-phosphate qui sert de substrat pour la glycolyse et donc la production d'ATP. Un excès de glucose-6-phosphate et un manque de glycogène inhibent l'enzyme et à l'inverse un excès de glycogène et un manque de glucose-6-P l'activent. Une concentration faible de glucose-6-phosphate se traduit par une augmentation de l'AMP qui sert de marqueur du manque d'ATP intracellulaire (car produit dans la réaction 2ADP ->AMP + ATP pour garder un bon niveau d'ATP). L'AMP, qui n'est ni substrat ni produit, stimule l'activité de la phosphorylase-b et pour cela est qualifié de facteur allostérique positif. Le glucose-6-P et l'ATP, indicateurs de « plénitude », inhibent l'enzyme. Par cette régulation la cellule est capable de bien gérer la production d'ATP.

L'adjectif allostérique vient d'allostérie qui signifie « autre forme ». L'allostérie est un phénomène au cours duquel la conformation (forme) d'une protéine, ici enzyme, est altérée par la fixation d'une petite molécule, sur un site différent de celui de la fixation du substrat (site actif). Il se traduit par une augmentation ou une diminution de l'activité de l'enzyme. La notion de régulation allostérique a été proposée par Monod et collaborateurs et a fait l'objet de très nombreuses illustrations après la publication de l'article « Allosteric proteins and cellular control systems » (Monod J, Jacob F et Changeux JP. J Mol Biol 1963; 6: 306-329).

Cependant, dans certaines situations, le glucose-6-phosphate doit être produit en excès, en anticipant sur une activité musculaire extrême comme, par exemple, dans le cas de la situation “fear, fight or flight”. L'adrénaline, « hormone de stress », est alors mise en jeu. Elle prépare nos cellules à une consommation anticipée d'ATP. L'adrénaline se fixe à son récepteur et, par une voie de signalisation, induit une modification allostérique de la phosphorylase-b (par ajout d'un phosphate lié d'une facon covalente), qui se convertit en phosphorylase-a, rendant ainsi l'enzyme plus active (état « relaxé ») et moins sensible au glucose-6-phosphate ou à l'ATP (voir figure 9). L'homéostasie est donc perturbée car la phosphorylase-a dégrade beaucoup plus de glycogène en glucose-1-phosphate (alors que le muscle est encore au repos).

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Figure 9. Anticiper « le stress » par l'hormone adrénaline

Régulation de la phoshorylase La nature des sites de liaison sur l'enzyme, du glycogène (substrat), du phosphate et du glucose-6-phosphate, est bien préservée dans l'échelle du vivant (de la Pomme de terre à l'Homme). En matière de régulation, l'inhibition par le glucose-6-phosphate est plus ou moins conservée mais la régulation par des nucléotides (AMP et ATP) fait défaut chez la levure et le Dictyostélium (slime mould) alors qu'elle persiste chez la Drosophile. De plus, la modification covalente par un phosphate, induite par l'adrénaline, paraît spécifique des phosphorylases mammaliennes, ce qui autorise à penser que la pluricellularité pourrait être associée à une augmentation des possibilités de régulation de l'enzyme.

La réponse est dépendante du contexte cellulaire Le nom attribué à certains premiers messagers donne l'impression qu'ils ont des fonctions très spécifiques. De bons

exemples sont donnés par l'EGF, epidermal growth factor, et le NGF, nerve growth factor. On sait maintenant que ces facteurs de croissance agissent sur d'autres types cellulaires, ni épidermiques ni nerveux, la condition d'efficacité étant la présence du récepteur sur la cellule cible. Même si c'est le cas, l'émergence d'une réponse n'est pas assurée et dépend du contexte cellulaire. Un bon exemple est fourni par les effets atténués exercés par des facteurs de croissance sur la prolifération cellulaire, lorsque les contacts cellulaires se multiplient (phénomène nommé inhibition par contact). L'importance du contexte sur la réponse cellulaire à un premier messager rend difficile la prédiction de ses effets sur l'animal entier (et donc la transposition des résultats in vitro à l'organisme intégré) (voir figure 10).

Un des événements clé de la signalisation cellulaire est le recrutement des complexes de protéines autour des récepteurs liés à leurs ligands. Ces complexes assurent la conduction du signal vers l'intérieur de la cellule ; ils sont constitués de protéines dites effectrices. Deux stratégies principales gouvernent la formation de complexes de signalisation:

L'une consiste en un transfert de phosphate sur l'une des protéines (ou l'un des lipides), c'est la phosphorylation, réaction catalysée par une protéine kinase

L'autre consiste en un échange de GDP par GTP sur l'une des protéines, réaction catalysée par un facteur d'échange de guanine nucléotides (GEF).

De façon remarquable, dans les deux cas la stratégie utilisée pour altérer la conformation protéique consiste en l'addition de phosphate inorganique. On dit que la phosphorylation ou la liaison de GTP, « active » les protéines (dans certain cas cependant, la phosphorylation peut les « inactiver »), mais il est important de comprendre que cette « activation » n'est pas toujours synonyme de l'activité enzymatique ; cela peut aussi signifier « obtenir la capacité d'interagir avec d'autres protéines » (voir figure 11).

Dans la plupart des cas, c'est le recrutement de protéines qui déclenche la suite des événements ; il rapproche substrats et enzymes ou enzymes et leurs co-facteurs. Les réactions qui s'ensuivent conduisent le signal vers l'intérieur.

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Figure 10. La réponse est dépendante du contexte cellulaire (production de caséine induite par la prolactine).

Formation d'un complexe de signalisation

Figure 11a. Formation du complexe de signalisation ; modification par ajoute de phosphate soit en forme d'un échange de

GDP par GTP, soit par un transfert de phosphate (phosphorylation).

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Figure 11b. Formation du complexe de signalisation ; modification par ajoute de phosphate soit en forme d'un échange de

GDP par GTP, soit par un transfert de phosphate (phosphorylation).

D'autres stratégies pour assembler les complexes de signalisation Pour rassembler les protéines en complexes de signalisation la cellule utilise la modification par ubiquitination. Pour cela, une ou plusieurs ubiquitines (formant une chaîne) sont ajoutées à une protéine donnée qui sert de point d'ancrage à d'autres protéines. Dans ce cas particulier les ubiquitines sont associées entre elles par des liaisons entre glycine C-terminale et lysine-63. Ce mode de liaison n'est pas reconnu par le protéasome et donc n'amène pas la protéine vers sa destruction. Quelquefois, l'oligomérisation des récepteurs suffit à engendrer des interactions avec des protéines adaptatrices, qui à leur tour sont liées aux protéines effectrices (exemple, le récepteur de TNFα (tumor necrosis factor−α)). Ces deux modes d'assemblage (voir figure 11i ne sont pas traités dans cette ressource.

Dimérisation des récepteurs

Presque tous les types de récepteurs se dimérisent après fixation de leur ligand (à l'exception des récepteurs qui forment déjà de grands complexes protéiques tels que le récepteur nicotinique de l'acétylcholine). Souvent, le ligand possède deux ou plusieurs sites de liaison ce qui lui permet de regrouper plusieurs récepteurs (dimérisation ou oligomérisation). Pour d'autres c'est la fixation du ligand qui induit un changement de conformation du domaine extracellulaire révélant ainsi un site d'interaction entre deux récepteurs. Dans d'autres cas, enfin, c'est l'effecteur intracellulaire qui regroupe deux récepteurs. La dimérisation est nécessaire pour faire passer le signal vers l'intérieur (voir figure 13)

La raison d'être de la dimérisation n'est pas encore bien comprise, mais il semble qu'elle permette d'améliorer le contraste du signal (rapport signal sur bruit fond). En d'autres termes, elle diminuerait la probabilité de déclenchement d'un signal accidentel.

La réponse est dépendante du contexte cellulaire

Le nom attribué à certains premiers messagers donne l'impression qu'ils ont des fonctions très spécifiques. De bons exemples sont donnés par l'EGF, epidermal growth factor, et le NGF, nerve growth factor. On sait maintenant que ces facteurs de croissance agissent sur d'autres types cellulaires, ni épidermiques ni nerveux, la condition d'efficacité étant la présence du récepteur sur la cellule cible. Même si c'est le cas, l'émergence d'une réponse n'est pas assurée et dépend du contexte cellulaire. Un bon exemple est fourni par les effets atténués exercés par des facteurs de croissance sur la prolifération cellulaire, lorsque les

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contacts cellulaires se multiplient (phénomène nommé inhibition par contact). L'importance du contexte sur la réponse cellulaire à un premier messager rend difficile la prédiction de ses effets sur l'animal entier (et donc la transposition des résultats in vitro à l'organisme intégré) (voir figure 10°

Figure 12. Assembler le complexe de signalisation par domaines d'interaction protéique et par formation d'une chaîne

d'ubiquitines.

Figure 13. Dimérisation des récepteurs (EGFR).

Une cascade d'évènements

Différents scénarios sont possibles en aval des complexes récepteurs de signalisation. Un cas « simple » concerne des facteurs de transcription (tels que STAT ou SMAD) qui sont directement modifiés en position membranaire, puis transportés vers le noyau où ils changent l'expression de gènes. Dans d'autres cas une longue et souvent étonnante cascade d'événements s'ensuit, avec ou sans production de messagers secondaires, avant que l'enzyme cible ou le noyau soient atteints. De plus, bien

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que pour des raisons de simplicité nous décrivions les voies de signalisation comme des cascades linéaires, elles constituent en réalité dans la cellule, des réseaux en trois dimensions (« cross-talk »).

Au moins trois raisons peuvent justifier la complexité de telles cascades. D'abord, elles permettraient une rapide amplification; un composant en activant dix, ces dix en activant cent etc. Elles pourraient aussi représenter des sites additionnels de régulation avant que le signal n'arrive sur l'enzyme elle-même (ou entre dans le noyau). Si les cascades étaient strictement linéaires, la compétition pour l'hégémonie ne pourrait se faire qu'au niveau de l'enzyme cible (ou du noyau) ce qui limiterait considérablement les possibilités d'action (voir figure 14). Enfin, les études de modélisation ont montré, plutôt paradoxalement, que les cascades à quatre composants transmettent plus rapidement le signal à l'intérieur de la cellule, que les systèmes à un, deux, trois, cinq ou six composants enchaînés. On peut donc penser que les cellules ont adopté des cascades de trois ou quatre composants uniquement pour réagir rapidement à certains stimuli.

Figure 14. Réseau de signalisation ; les agents d'interaction.

Extinction du signal par un mécanisme de rétrocontrôle

Toutes les voies de signalisation ont leur rétrocontrôle, « le bouton de reset», essentiel pour que la cellule reste sensible aux signaux de son environnement. Un excellent exemple est donné par l'oeil. Si le premier signal n'était pas annulé (par le bouton de reset) nous serions condamnés à voir le monde comme nous l'avions vu lors de la première ouverture des paupières. Pour la plupart, nous porterions à vie, comme un poster de vedette dans une chambre d'enfant, une image de la sage-femme ou du médecin obstétricien. Nous voyons l'environnement comme un film parce que nous sommes capables, en quelques millisecondes, d'allumer et d'éteindre le signal induit par la lumière.

Ce rétrocontrôle se situe à différents niveaux : les récepteurs peuvent être modifiés et rendus réfractaires ; ils peuvent être enlevés de la membrane (par endocytose ou coupure). Les complexes de signalisation peuvent être désactivés par déphosphorylation (réaction catalysée par une phosphatase) ou encore le GTP peut être hydrolysé (réaction catalysée par les GTPase activating proteins (GAP)) (voir figure 15). Un manque de rétrocontrôle rend la cellule incapable de répondre conformément aux besoins de l'organisme. Le cancer est un exemple très étudié d'une pathologie qui survient à la suite d'un défaut dans le (rétro)contrôle des voies de signalisation.

Le rétrocontrôle se fait aussi à un niveau supérieur comme l'illustre l'écrêtement du stimulus sensoriel dû au système nerveux lui-même. Un exemple représentatif est fourni par le système olfactif : la perception d'un parfum ou d'un déodorant porté toute la journée s'estompe progressivement jusqu'à disparition totale.

De ce qui précède il apparaît que c'est la variation de la concentration du ligand plutôt que son état stable même très élevé, qui déclenche la réponse.

Signaux transmis par des récepteurs intracellulaires Dans ce cas, les récepteurs capturent leur ligand, hormones et métabolites lipophiles, soit près de la membrane

plasmique (stéroïdes) ou dans le noyau lui-même (tous les autres) ; on parle alors de signalisation génomique. Cependant, des travaux récents ont montré que la signalisation par les hormones et métabolites lipophiles n'est pas exclusivement génomique. En effet, les réponses cytosoliques très rapides qu'ils déclenchent, telles que l'augmentation du niveau de Ca2+ ou d'AMPc, l'activation de la MAPkinase ou encore la libération de NO, suggèrent l'existence de récepteurs membranaires (voir figure 16)

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Figure 15. Les voies de rétrocontrôles ; désensisibilisation du récepteurs, enlèvement du récepteur ou désactivation des voies

de signalisation.

Figure 16. Signalisation par des récepteurs intracellulaires (stéroides et NO)

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Modifications impliquées dans la transduction du signal Introduction

Dans cette ressource nous nous focalisons sur deux types de modification réversible, employées par des cellules pour transmettre un message à l'intérieur ; l'échange de GDP pour GTP, modification non covalente, et la phosphorylation, modification covalente. Il existe désormais d'autres types de modification comme l'ubiquitination, la sumoylation et la glycosylation qui sont également employés pour modifier le comportement et la localisation des protéines afin de perturber l'homéostasie cellulaire. Ces types de modification ne sont pas traités dans cette ressource.

La phosphorylation et la déphosphorylation La phosphorylation est utilisée dans de nombreux cas pour modifier l'activité de la protéine (cas des enzymes) ou pour

modifier les interactions entre des composants cellulaires (cas des facteurs de transcription, des complexes de signalisation ou encore des filaments intermédiaires). L'ajout d'un ou plusieurs groupes phosphoryles (pKa 6,7 et donc di-anionique autour de pH 7,2) change dans certains cas la conformation de la protéine et la rend plus accessible (ou moins accessible) au substrat. Dans d'autre cas, la phosphorylation crée un nouveau site d'interaction ou, à l'inverse, empêche certaines interactions (voir fig. 17)

Figure 17. Transfert du phosphate sur une protéine ; phosphorylation et la changement de l'activité des protéines

On distingue trois types de protéine phosphatases: sérine/thréonine (avec les sous-familles ‘PPP” et “PPM”), tyrosine (la sous-famille « PTP ») et phosphatases de double spécificité (classées sous l'acronyme DUS dans la sous-famille PTP). La base moléculaire de la spécificité vis-à-vis de la tyrosine ou au contraire de la sérine/thréonine, réside dans la dimension de la fente catalytique. Dans le cas des tyrosine phosphatases (les PTP), cette fente est profonde de 0,9 nm. L'acide aminé catalytique (cystéine nucléophile) se trouve au fond de la fente et ne peut être atteint que par la phospho-tyrosine. En effet la taille de sa boucle aromatique, qui porte le groupe phosphoryle, mesure 0,65 nm environ, alors que le site porteur de phosphoryle de la sérine ou de la thréonine ne mesure que 0,25 nm (voir figure 21). Une autre distinction entre sérine/thréonine phosphatases d'une

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part et tyrosine phosphatases d'autre part porte sur la présence de deux ions métalliques (Fe2+ et Mn2+ ou Zn2+) dans le domaine catalytique.

Protéines liant le GTP (protéines-G ou GTPases) Introduction

Les voies de transduction du signal emploient très fréquemment aussi des protéines liant le GTP. Comme nous l'avons plusieurs fois décrit dans les ressources précédentes, un changement de conformation survient lorsque GDP est remplacé par GTP. Dans le cas d'une voie de signalisation, c'est la fixation du ligand sur son récepteur qui déclenche cet échange de guanine nucléotides (parfois par une voie indirecte). Rappelons qu'il ne s'agit pas d'une liaison covalente, l'interaction avec les nucléotides étant due à des forces électrostatiques et des liaisons hydrogène. Toutes les protéines liant le GTP possèdent des domaines homologues, qui lient le guanine nucléotide, et qui sont responsables du cycle enzymatique suivant; 1) liaison de GTP ; 2) hydrolyse en GDP et Pi (avec une perte immédiate de Pi), suivie plus tard par 3) une perte de GDP échangé contre GTP etc. Le déroulement de ce cycle évoque celui d'une minuterie dans le hall d'un immeuble : pousser le bouton représente le chargement en GTP et l'extinction plus tardive représente son hydrolyse. Le changement de conformation induit par la liaison de GTP permet l'interaction avec les effecteurs de la cascade en aval (c'est le courant qui passe et éclaire le hall de l'immeuble) (voir figure 23A)

Phosphorylation due aux protéines kinases Les gènes codant les protéines kinases sont remarquablement abondants : 116 chez la levure Saccharomyces

cerevisiae, 409 chez le nématode Caenorhabditis elegans (petit ver) et probablement environ 530 chez les vertébrés. Des analyses phylogénétiques de la séquence ont établi que le domaine catalytique de la plupart des sérine/thréonine kinases a un gène commun qui a donné naissance, par duplication et modification, à une douzaine de familles très tôt au cours de l'évolution (voir figure18. Les domaines catalytiques conservés sont entouré par des séquences amino-acidiques plus variables qui déterminent à la fois l'affinité pour le substrat, l'interaction avec une sous-unité régulatrice ou, encore, la localisation cellulaire de la kinase.

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Figure 18. Les familles de proteines kinases

Les histidine kinases, présentes chez la bactérie et la levure mais pas chez les nématodes, ont une origine distincte et leur domaine catalytique se replie différemment. Cette forme « primitive » ne sera pas évoquée plus avant dans cette ressource.

Les protéines kinases elles-mêmes sont sujettes à régulation ; elles doivent subir des modifications qui a) assurent le bon positionnement de l'ATP et b) les rendent accessibles à leur substrat et qui s'effectuent de différentes façons.

Par exemple, la protéine kinase A est composée d'une unité catalytique et d'une unité régulatrice bloquante. Cette dernière doit être éliminée par l'AMPc pour que l'enzyme puisse accéder au substrat (enzyme active). D'autres protéine kinases possèdent une séquence « pseudosubstrat», qui mime le « vrai substrat », mais qui par manque d'une sérine ou d'une thréonine ne peut être phosphorylée. L'interaction entre l'enzyme et son substrat est donc empêchée (le cas de CaMK, PKG et PKC). Il faudra respectivement l'association de Ca2+/calmoduline, de GMPc ou de diacylglycérol pour changer la conformation qui résultera en un déplacement du pseudosubstrat. Dans d'autres cas, parmi lesquels le récepteur de l'insuline et la MAPkinase, c'est la phosphorylation de la boucle d'activation dans la fente catalytique, qui rend possible l'accès au substrat. A l'inverse, pour les membres de la famille de la protéine kinase Src, c'est la déphosphorylation d'une tyrosine-phosphate, localisée loin du site catalytique, qui « ouvre » l'enzyme et la rend accessible au substrat. Pour les kinases régulant le cycle cellulaire, les cyclin dependent kinases (Cdk), ce sont des cyclines qui jouent le rôle de sous-unités activatrices en rendant la fente catalytique accessible au substrat (voir figure 19).

Figure 19A. Régulation de l'activité des protéines kinases

Certaines protéine-kinases, comme la protéine kinase A, ont un spectre d'activité très large alors que d'autres, telles que MEK (MAPK-ERK kinase) ou MLCK (myosin light chain kinase), sont très spécifiques d'un substrat donné. Dans le cas des kinases à large spectre, la question recurrente de savoir comment leur activation peut résulter en une réponse spécifique, reste en suspens. Cependant, la mise en évidence de protéines associées aux protéines kinases qui jouent un rôle dans leur localisation cellulaire précise (compartimentalisation), permet d'envisager l'existence d'un principe de régulation spatiale de l'activité, basé sur la présence ou l'absence, des facteurs d'activation et du substrat à phosphoryler. Ceci est également valable pour les protéine-phosphatases.

Déphosphorylation et protéine phosphatases Si l'état phosphorylé des protéines est destiné à leur servir de système de régulation d'activité, les enzymes qui enlèvent

les groupes phosphoryles (les phosphatases) sont aussi importantes que celles qui les apportent (les kinases ou phosphotransférases). Les phosphatases sont un composant obligé des systèmes de signalisation. Souvent elles sont physiquement liées à des kinases sous forme de complexes protéiques (voir excursion « PKA et AKAPs » dans la section sur “Le récepteur de l'adrénaline et la régulation de la glycogénolyse”). Dans certains cas la déphosphorylation sert comme vrai bouton de « remise à zéro », ramenant l'activité protéique à un état de repos. Un bon exemple est donné par la sérine/thréonine phosphatase PP1G, qui convertit la phosphorylase a (active) en phosphorylase b (peu active), mettant ainsi un terme à la dégradation du glycogène (processus de glycogénolyse). A l'inverse, plusieurs facteurs de transcription (c-Jun, NFAT), l'enzyme glycogène synthase ou encore certaines tyrosine protéine kinases (Src, Lck), qui sont phosphorylés dans leur état de repos, ne deviennent actifs qu'après déphosphorylation de certains résidus (voir figure 20).

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Figure 19B. Differents mécanismes de l'activité des protéines kinases

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Figure 20. La régulation des protéines par des phosphatases.

On distingue trois types de protéine phosphatases: sérine/thréonine (avec les sous-familles ‘PPP” et “PPM”), tyrosine (la sous-famille « PTP ») et phosphatases de double spécificité (classées sous l'acronyme DUS dans la sous-famille PTP). La base moléculaire de la spécificité vis-à-vis de la tyrosine ou au contraire de la sérine/thréonine, réside dans la dimension de la fente catalytique. Dans le cas des tyrosine phosphatases (les PTP), cette fente est profonde de 0,9 nm. L'acide aminé catalytique (cystéine nucléophile) se trouve au fond de la fente et ne peut être atteint que par la phospho-tyrosine. En effet la taille de sa boucle aromatique, qui porte le groupe phosphoryle, mesure 0,65 nm environ, alors que le site porteur de phosphoryle de la sérine ou de la thréonine ne mesure que 0,25 nm (voir figure 21). Une autre distinction entre sérine/thréonine phosphatases d'une part et tyrosine phosphatases d'autre part porte sur la présence de deux ions métalliques (Fe2+ et Mn2+ou Zn2+) dans le domaine catalytique.

Figure 21. La différente taille des acides aminés et leur insertion dans la fente catalytique de tyrosine ou serine/thréonine

protéine phosphatases.

En général, les sous-unités catalytiques ou les domaines catalytiques des phosphatases ne confèrent qu'une très faible spécificité aux phosphatases. La spécificité plus fine est réalisée de deux façons :

a) dans le cas des tyrosine phosphatases (PTP), la spécificité semble être imposée non par une reconnaissance simple du substrat mais par une organisation spatiale, c'est-à-dire par adressage des phosphatases à des sites intracellulaires spéciaux (déterminé par un domaine régulateur intrinsèque). On peut illuster ce phénomène par l'exemple de la tyrosine phosphatase TC-PTP dont il existe deux variants d'épissage; la forme 48 kDa, portant un domaine hydrophobe C-terminal qui la dirige vers le réticulum endoplasmique rugueux (REr), alors que la forme 45 kDa se localise la plupart du temps dans le noyau (grâce au peptide de destination « noyau » bipartite).

b) Dans le cas des sérine/thréonine phosphatases on trouve le même mécanisme mais déterminé cette fois par une sous-unité régulatrice (extrinsèque). Par exemple les sous-unités catalytiques des membres de la sous-famille PP1 (protein phosphatase-1) sont complexées à la myosine après leur liaison aux sous-unités régulatrices PPP1R1-2A ou -2B mais les sous-unités catalytiques ciblent le glycogène après leur liaison aux sous-unités régulatrices PPP1R-3A, -3B, 3C ou 3D. Il existe également un deuxième mécanisme à l'origine de la spécificité : empêchement « stérique » pour certains substrats par des sous-unités régulatrices (voir figure 22)

Enfin, dans un but de régulation, les phosphatases peuvent aussi être phosphorylées dans leurs domaines ou sous-unités régulateurs. Cependant ce processus n'est pas indispensable pour rendre les phosphatases catalytiquement compétentes comme c'est le cas pour les protéines kinases.

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Figure 22A. La composition des protéines phosphatases

Protéines liant le GTP (protéines-G ou GTPases)

Introduction Les voies de transduction du signal emploient très fréquemment aussi des protéines liant le GTP. Comme nous l'avons

plusieurs fois décrit dans les ressources précédentes, un changement de conformation survient lorsque GDP est remplacé par GTP. Dans le cas d'une voie de signalisation, c'est la fixation du ligand sur son récepteur qui déclenche cet échange de guanine nucléotides (parfois par une voie indirecte). Rappelons qu'il ne s'agit pas d'une liaison covalente, l'interaction avec les nucléotides étant due à des forces électrostatiques et des liaisons hydrogène. Toutes les protéines liant le GTP possèdent des domaines homologues, qui lient le guanine nucléotide, et qui sont responsables du cycle enzymatique suivant; 1) liaison de GTP ; 2) hydrolyse en GDP et Pi (avec une perte immédiate de Pi), suivie plus tard par 3) une perte de GDP échangé contre GTP etc. Le déroulement de ce cycle évoque celui d'une minuterie dans le hall d'un immeuble : pousser le bouton représente le chargement en GTP et l'extinction plus tardive représente son hydrolyse. Le changement de conformation induit par la liaison de GTP permet l'interaction avec les effecteurs de la cascade en aval (c'est le courant qui passe et éclaire le hall de l'immeuble) (voir figure 23A).

Jusqu'ici nous n'avons évoqué que les “petites” GTPases (GTPases monomériques), telles que eIF-2 (synthèse protéique), Rap, Sar, Arf (transport vésiculaire REr, Golgi) ou Ran (transport nucléaire). Nous avons précisé que ces GTPases ont des activités intrinsèques lentes et nécessitent l'aide de facteurs d'échange (GEF), pour remplacer GDP par GTP, et également l'aide de facteurs qui stimulent l'activité GTPasique (les GAPs), facilitant l'hydrolyse de GTP en GDP + Pi. Nous avons également indiqué que certaines de ces GTPases sont aussi capables de se lier à des inhibiteurs tels que GDP-dissociation inhibitor (GDI), qui préviennent le remplacement de GDP par GTP. Dans cette ressource nous parlerons de trois autres types de GTPases: Ras, Rho et les GTPases hétérotrimériques.

Les membres de la famille GTPase sont constitués d'une chaîne polypeptidique propre mais qui possède de courtes séquences (G1-G5) très conservées (analogues), qui, après repliement de la protéine, occupent des sites disposés de façon identique. Ces courtes séquences sont autant de sites de contact avec GTP (ou GDP) et constituent ce qu'on appelle « la poche de liaison de GTP». Le tableau 1 et la figure 24 ci-dessous montre ces courtes séquences très conservées et impliquées dans la liaison de GTP, dans la protéine H-Ras humaine (GTPase monomérique) et la sous unité αi de la protéine G bovine (GTPase trimérique). C'est un des nombreux exemples de la façon dont l'évolution a sélectionné un motif utile, celui de la liaison de GTP, mais en modifiant la séquence entourant ce motif, ce qui lui permettait de créer de nombreux variants protéiques nécessaires à différents événements cellulaires (différentes interactions).

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Figure 22B. Sous unités régulatrices des phosphatases.

Figure 23A. Cycle de GTPases.

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Figure 23B. Changement conformationnel de Ras.

Tableau 1 - Les motifs « signature » des protéines liant le GTP

Site de contact

Localisation du site

Séquence Propriétés

G1 Ras (10-17)

(40-47)

GaggvGKS

GagesGKS

Liaison au phosphate et du nucléotide

G2 Ras (32-36)

(178-182)

ypdTi

rvkTt Coordination de et de la

boucle effectrice

G3 Ras (57-60)

(200-203)

DtaG

DvgG L'aspartate lie et la glycine lie le phosphate du nucléotide

G4 Ras (116-119)

(269-272)

NKcD

NKkD

Impose la nature guanine du nucléotide

G5 Ras (145-147)

(324-326)

tsA

tcA

Renforce la reconnaissance de la guanine

Résidus conservés en rouge, résidus non-conservés en noir

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Figure 24. Séquence d'amino acides de Ras et les domaines très conservés.

Les protéines G monomériques dans la signalisation cellulaire

Les protéines Ras. Ras, qui constitue une famille de trois protéines, est considérée comme l'archétype des protéines liant le GTP. Les

protéines Ras furent découvertes comme des composants transformants (parce que capables d'induire des tumeurs) isolés à partir de rétrovirus, tels que le virus du sarcome d'Harvey (H-Ras) et celui du sarcome de Kirsten (K-Ras). Le troisième membre de la famille, N-Ras, a été découvert dans une lignée cellulaire de neuroblastome, comme un composant transformant ayant une homologie avec Ras. Les Ras sont toutes composées d'une chaîne polypeptidique simple de 189 acides aminés, liée à la membrane par une queue lipidique constituée par des isoprénoïdes et des acides gras saturés. Elles interviennent dans les voies de signalisation en aval des récepteurs des facteurs de croissance. Les mutations de ras qui lui confèrent une activité GTPasique très faible, sont associées à de nombreux types de cancer (voir excursion sur Ras)

Les protéines Rho. La famille de GTPases Rho comprend six branches : Cdc42, Rac, Rho, RhoBT, Rnd et Miro). Elles furent découvertes

lors d'une recherche génomique sur les homologues de ras. Elles agissent aussi dans la voie de signalisation en aval des récepteurs de croissance, et comme Ras, jouent un rôle dans la prolifération cellulaire. Cependant, elles sont plus connues pour leur rôle dans l'organisation du cytosquelette d'actine. Ainsi, quand les cellules expriment des mutants de ces GTPases incapables d'hydrolyser le GTP on observe dans la cellule: des fibres de tension dans le cas du mutant RhoA ; des lamellipodes dans le cas du mutant Rac ; et des filopodes dans le cas du mutant Cdc42 (figure 25)). Nous avons évoqué deux de ces structures dans la ressource cytosquelette. Les lamellipodes participent à la migration cellulaire alors que les fibres de stress sont observées dans les cellules immobiles. Dans cette ressource nous montrons le rôle important de RhoA dans la sensibilisation des cellules musculaires lisses au Ca2+.

Protéines G hétérotrimériques Les protéines-G hétérotrimériques furent les premières protéines-G identifiées, d'abord à propos de la

phototransduction visuelle, puis de l'activation β− adrénergique. Sur la base de ces études, le principe du cycle des GTPases, comme décrit ci-dessus, fut posé. Les protéines-G hétérotrimériques constituent un complexe de trois sous unités : Gα (39-45kDa), Gβ (32 kDa) et Gγ (8 kDa).

- La sous-unité Gα fixe le guanine nucléotide. Elle est constituée d'une poche de liaison nucléotidique (domaine « rd »), identique à celle de Ras, avec un domaine additionnel consistant en un faisceau d'hélices-α (domaine « hd ») qui recouvre la poche de liaison de GTP. La sous-unité Gα joue un rôle majeur dans l'interaction avec les effecteurs en aval tels que l'adénylyl ou la guanylyl cyclase, la GMPc-phosphodiestérase, la phospholipase-Cβ, RhoGEFs ou les canaux K+. Le domaine « hd »

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longtemps demeuré énigmatique est maintenant considéré, dans le cas de Gα(transducine), comme jouant un rôle dans l'interaction avec son effecteur GMPc-phosphodiestérase (rôle d'un modulateur allostérique) (voir figure 25).

- La sous unité -β est caractérisée par sept feuillet -β antiparallèles, appelés WD-repeats, car les séquences d'environ 35 acides aminés du « repeat » se terminent souvent par tryptophane (W) et asparatate (D). L'ensemble des repeats-WD forme une hélice, structure impliquée dans les interacions protéines-protéines. Nous avons déjà rencontré cette structure lors de l'évocation du récepteur β-Trcp1de la ligase SCF et dans celle de la clathrine. La face dorsale de l'hélice interagit avec la sous-unité Gγ par une liaison quasiment indissociable, alors que sa face frontale interagit avec la sous-unité Gα, par une liaison dépendant de l'état de Gα (liée au GDP ou au GTP).

- La sous-unité -γ est une petite chaîne de 72 acides aminés dont 54 constituent le motif GGL (G protein Gamma subunit-like motifs). Complexée à la sous unité β (complexe βγ), elle interagit également avec des effecteurs, tels que les canaux K+ du cœur, la phospholipase-A2 et certaines isoformes de phospholipase-Cβ.

Figure 25. Les différentes fonctions des GTPases de la famille Rho

Figure 26. protéine-G hétérotrimérique

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La protéine-G trimérique est liée à la membrane par des queues lipidiques : myristoyl ou palmitoyl (acides gras) pour le Gα et farnésyl ou géranylgéranyl (isoprénoïdes) pour le Gγ (FRED, lien avec ressource 08, page 3/12 entière) . Elle interagit exclusivement avec une classe de récepteurs à sept domaines transmembranaires, qui, pour cela, sont nommés G-Protein Coupled Receptors (GPCRs). Les caractéristiques du cycle GTPasique de la sous-unité Gα sont comparables à ceux des protéines monomériques, sauf que leur activité GTPasique intrinsèque est plus forte en raison de la présence d'une arginine en position 201 (cible de la cholératoxine) (figure 27). C'est la fixation du ligand aux récepteurs à sept domaines transmembranaires, qui favorise l'échange entre GDP et GTP (les récepteurs jouent donc le rôle d'un GEF). L'activité GTPasique est stimulée soit par la liaison des effecteurs de la cascade de signalisation en aval (rétrocontrôle négatif dans lequel les effecteurs jouent le rôle de GAP), soit par les protéines RGS (regulators of G-protein signalling). Des études récentes montrent que certaines protéines RGS agissent aussi comme effecteurs, en aval du récepteur. Par exemple, p115Rho-GEF, qu'on classe parmi des protéines RGS est capable d'activer la GTPase monomérique RhoA. D'autres protéines RGS peuvent agir comme des protéines d'amarrage, en recrutant des effecteurs participant au complexe récepteur.

Figure 27. Régulation de l'activité des protéines G (pour le récepteur, le rôle de GEF, pour l'effecteur ou RGS, le rôle de

GAP)

Il faut noter que le récepteur peut interagir successivement avec plusieurs protéines-G. En effet, l'interaction entre récepteur « activé » et protéine-G est interrompue lorsque Gα est chargé en GTP. Le récepteur libéré peut alors recruter d'autres protéines-G dans leur état GDP (voir figure X). La liaison de GTP affaiblit également l'interaction entre Gα et Gβγ et le complexe peut se dissocier. Le Gα et le Gβγ ainsi libérés interagissent avec des molécules effectrices (voir figure 28). Les sous-unités de protéines G hétérotrimériques existent sous différentes formes (à ce jour, 16 Gα, 6 Gβ et 12 Gγ) qui permettent théoriquement de nombreuses combinaisons. Pour une cellule donnée, ce nombre demeure toutefois limité (voir figure 28 pour quelques exemples).

Les différentes classes de récepteurs membranaires

Par souci pédagogique nous avons classé les récepteurs protéiques situés à la surface des cellules selon leur structure et le mécanisme de transmission du signal qu'ils utilisent. Quatre classes ont été individualisées.

1) Les récepteurs couplés aux canaux ioniques Ils sont impliqués dans la transmission rapide des signaux au travers de la synapse entre deux cellules électriquement

excitables. Ce type de transmission se fait par les neurotransmetteurs, tels qu'ATP, glutamate, glycine, acétylcholine ou sérotonine (pour plus d'exemples, voir figure 29), qui ouvrent ou ferment transitoirement les canaux ioniques sur lesquels ils se fixent. Dans cette ressource nous prendrons comme exemple le récepteur nicotinique de l'acétylcholine.

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Figure 28. Les différentes protéines-G et leurs effecteurs

2) Les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) Ils forment la plus grande famille de récepteurs membranaires de la surface cellulaire (environ 1500 récepteurs

différents). Ils sont tous étroitement apparentés à la rhodopsine (pigment visuel des bâtonnets premier GPCR à avoir été identifié), et ont en commun :

• sept segments transmembranaires (c'est pour cela qu'on les qualifie aussi de récepteurs serpentine ou 7TM).

• l'élaboration de signaux intracellulaires par l'intermédiaire d'une GTPase hétérotrimérique.

Les ligands de ce type de récepteur sont très variés. Ils vont du rétinal activé par un photon (pour la rhodopsine), en passant par les molécules odorantes, les lipides (prostaglandines par exemple), jusqu'aux hormones polypeptidiques (LH, FSH etc) et facteurs de croissance (Wnt, thrombine) (voir figure 30). La seule olfaction implique environ 1000 récepteurs différents appartenant à cette famille. En fonction de leur séquence d'acides aminés, les GPCR sont rangés en trois sous-familles ; classe A « rhodopsin like », classe B « secretin like » et classe C « métabotropique/glutamate/pheromone receptor like ». Les GPCRs sont les cibles fréquentes de drogues thérapeutiques. Cependant la fonction d'un grand nombre de GPCR, ainsi que l'identité de leurs ligands, demeurent à établir.

3) Les récepteurs couplés à une enzyme “intrinsèque” Leur segment cytoplasmique contient un domaine kinasique qui appartient soit à la classe des sérine/thréonine kinases

(récepteur sérine/thréonine kinase) soit à la classe des tyrosine kinases (récepteur tyrosine kinase (RTK)). Ils forment des dimères après fixation du ligand (à l'exception du récepteur de l'insuline qui est déjà dimérisé) et subissent, sauf pour le récepteur d'EGF, une transphosphorylation qui révèle leur activité kinasique (qui rend le domaine catalytique « compétent »). Cette activation est à l'origine de nombreuses autres phosphorylations du segment intracellulaire du récepteur, ce qui entraîne la liaison de plusieurs molécules effectrices et forme ainsi le complexe récepteur de signalisation (”receptor signalling complex”) (voir figure X). Leurs ligands appartiennent pour la plupart à la famille des facteurs de croissance, tels que EGF, FGF, Insuline, ou encore M-CSF (voir figure 31).

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4) Les récepteurs couplés à l'enzyme “extrinsèque” Il s'agit de récepteurs qui possèdent un seul segment transmembranaire sans domaine kinasique. Ils s'associent à des

protéines tyrosine kinases situées dans le cytoplasme. Ils sont souvent appelés récepteurs de « cytokines ». Dans cette classe on range également des molécules d'adhérence de la famille des intégrines. Quelques exemples de cette classe de récepteurs sont présentés dans la figure 32.

5) récepteurs non classés Il existe aussi des récepteurs qui échappent à cette classification dont l'intérêt n'est que didactique. Par exemple ; le

récepteur du monoxyde d'azote, responsable de la relaxation des muscles lisses vasculaires, et également les récepteurs cytoplasmiques des hormones stéroïdes, les récepteurs des acides gras (PPARs), les récepteurs des rétinoïdes (RXR, RAR) et les récepteurs des deux hormones thyroïdiennes. On y trouve égalementt les molécules d'adhérence de type sélélectines, cadhérines et occludines.. Plusieurs exemples de cette classe hétérogène sont présentés dans la figure 33.

Figure 29. Récepteurs couplés aux canaux ioniques et leurs ligands

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Figure 30. Les récepteurs GPCR et leurs ligands

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Figure 31. Les récepteurs de facteurs de croissance

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Figure 32. Les récepteurs de cytokines

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Figure 33. Exemple de récepteurs divers