Résumé du chapitre

9.1 Molécules de signalisation et récepteurs cellulaires

Les cellules communiquent par des signaux inter- et intracellulaires. Les cellules de signalisation sécrètent des ligands qui se lient aux cellules cibles et déclenchent une chaîne d’événements dans la cellule cible. Les quatre catégories de communication dans les organismes multicellulaires sont la signalisation paracrine, la signalisation endocrine, la signalisation autocrine et la signalisation directe à travers les jonctions communicantes. La signalisation paracrine s’effectue sur de courtes distances. Les signaux endocriniens sont transportés sur de longues distances dans la circulation sanguine par les hormones, et les signaux autocrines sont reçus par la cellule qui a envoyé le signal ou par d’autres cellules voisines du même type. Les jonctions communicantes permettent à de petites molécules, y compris des molécules de signalisation, de circuler entre les cellules voisines.

Les récepteurs internes se trouvent dans le cytoplasme de la cellule. Ici, ils y lient des molécules ligands qui traversent la membrane plasmique ; ces complexes récepteur-ligand se déplacent vers le noyau et interagissent directement avec l’ADN cellulaire. Les récepteurs de la surface cellulaire transmettent un signal de l’extérieur de la cellule vers le cytoplasme. Les récepteurs couplés à un canal ionique, lorsqu’ils sont liés à leurs ligands, forment un pore dans la membrane plasmique à travers lequel certains ions peuvent passer. Les récepteurs couplés à la protéine G interagissent avec une protéine G sur le côté cytoplasmique de la membrane plasmique, favorisant l’échange du GDP lié pour le GTP et interagissant avec d’autres enzymes ou canaux ioniques pour transmettre un signal. Les récepteurs enzymes transmettent un signal de l’extérieur de la cellule à l’intérieur, par l’intermédiaire de leur domaine enzymatique intracellulaire. La fixation du ligand entraîne l’activation du domaine enzymatique ou de l’enzyme associée au récepteur. Les petits ligands hydrophobes (comme les stéroïdes) sont capables de pénétrer la membrane plasmique et de se lier à des récepteurs internes. Les ligands hydrophiles solubles dans l’eau ne peuvent pas traverser la membrane ; ils se lient aux récepteurs membranaires, qui transmettent le signal à l’intérieur de la cellule.

9.2 Propagation du signal

La liaison du ligand au récepteur permet la transduction du signal dans la cellule. La chaîne d’événements qui transmet le signal à travers la cellule est appelée voie de transduction ou cascade de signalisation. Les voies de transduction sont souvent très complexes en raison de l’interaction entre différentes protéines. La phosphorylation des molécules par des enzymes appelées kinases est une composante majeure des cascades de signalisation cellulaire. La phosphorylation ajoute un groupe phosphate aux résidus de sérine, thréonine et tyrosine d’une protéine, modifiant leur forme et activant ou inactivant la protéine. Les petites molécules telles que les nucléotides peuvent également être phosphorylées. Les seconds messagers sont de petites molécules non protéiques utilisées pour transmettre un signal à l’intérieur d’une cellule. Les ions calcium (Ca2+), l’AMP cyclique (AMPc), le diacylglycérol (DAG) et l’inositol triphosphate (IP3) sont des exemples de seconds messagers.

9.3 Réponse au signal

Le déclenchement d’une voie de signalisation est une réponse à des stimuli externes. Cette réponse peut prendre différentes formes, notamment la synthèse de protéines, une modification du métabolisme de la cellule, la croissance cellulaire ou même la mort cellulaire. De nombreuses voies influencent la cellule en déclenchant l’expression des gènes, et les méthodes utilisées sont très nombreuses. Certaines voies activent des enzymes qui interagissent avec des facteurs de transcription de l’ADN. D’autres modifient les protéines et les amènent à changer de place dans la cellule. En fonction de l’état de l’organisme, les cellules peuvent réagir en stockant l’énergie sous forme de glycogène ou de graisse, ou en la mettant à disposition sous forme de glucose. Une voie de transduction du signal permet aux cellules musculaires de répondre aux besoins immédiats en énergie sous forme de glucose. La croissance cellulaire est presque toujours stimulée par des signaux externes appelés facteurs de croissance. Une croissance cellulaire incontrôlée conduit au cancer, et des mutations dans les gènes codant pour les composants protéiques des voies de signalisation sont souvent trouvées dans les cellules tumorales. La mort cellulaire programmée, ou apoptose, est importante pour éliminer les cellules endommagées ou inutiles. L’utilisation de la signalisation cellulaire pour organiser le démantèlement d’une cellule garantit que les molécules nocives du cytoplasme ne sont pas libérées dans les espaces entre les cellules, comme c’est le cas lors d’une mort incontrôlée, la nécrose. L’apoptose assure également le recyclage efficace des composants de la cellule morte. La fin de la cascade de signalisation cellulaire est très importante pour que la réponse à un signal soit appropriée à la fois en termes de temps et d’intensité. La dégradation des molécules de signalisation et la déphosphorylation des intermédiaires phosphorylés de la voie par les phosphatases sont deux moyens de mettre fin aux signaux dans la cellule.

9.4 Signalisation dans les organismes unicellulaires

Les levures et les organismes multicellulaires ont des mécanismes de signalisation similaires. Les levures utilisent des récepteurs de surface cellulaire et des cascades de signalisation pour communiquer des informations sur l’accouplement avec d’autres cellules de levure. La molécule de signalisation sécrétée par les levures est appelée facteur d’accouplement.

La signalisation bactérienne est appelée détection du quorum. Les bactéries sécrètent des molécules de signalisation appelées autoinducteurs, qui sont soit de petites molécules hydrophobes, soit des signaux à base de peptides. Les autoinducteurs hydrophobes, tels que l’AHL, lient les facteurs de transcription et affectent directement l’expression des gènes. Les molécules à base de peptides lient les kinases et déclenchent des cascades de signalisation dans les cellules.