Signalisation. (Partie 2) Cours n 2. Mécanismes moléculaires de la transduction des signaux Le métabolisme de l information

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1 UE1 Biochimie Pr Hélène CAVE Le 28/09/12 à 15h30 Ronéotypeur: Audrey Campos Ronéolecteur: Anaïs Jenvrin Cours n 2 Signalisation Mécanismes moléculaires de la transduction des signaux Le métabolisme de l information (Partie 2) Ronéo n 1 1 / 26

2 1/ LES RECEPTEURS ENZYMES. I- Activité enzymatique associée : voie JAK-STAT. A. La voie JAK-STAT a 3 acteurs. 1. JAK (Janus Kinase) 2. STAT (Signal Transducer and Activator of Transcription) 3. SOCS (Suppressor of Cytokine signaling) B. Fonctionnement de la voie JAK-STAT. C. Les combinatoires. I- Activité enzymatique intrinsèque. A. Organisation des récepteurs à activité Tyrosine Kinase. B. Fonctionnement des récepteurs Tyrosine Kinase. 1. Activation des récepteurs Tyrosine Kinase. 2. La voie RAS. - Voie des MAPK/ERK - Description de RAS. - Voie de la PI3K/AKT 2/ RESEAU DE SIGNALISATION I- Interactions fonctionnelles. A. Effets Additifs. B. Effet d intégration. II- Interférences. 3/ PATHOLOGIES TOUCHANT LES CIRCUITS DE SIGNALISATION. I- Neurofibromatose de type 1 (NF1). II- Mutations de gènes de la voie RAS dans les tumeurs. III- La Lèpre. Ronéo n 1 2 / 26

3 1/ LES RECEPTEURS ENZYMES. Les récepteurs enzymes ont un changement dans leur structure quaternaire (tandis que les récepteurs associés à une protéine G ont un changement dans leur structure ternaire). Lorsque le ligand se fixe il y a dimérisation des récepteurs enzymes. Ces récepteurs enzymes sont liés a une activité enzymatique, qui peut être : - associée (voie JAK-STAT) - intrinsèque (Récepteur à Tyrosine kinase essentiellement). I- Activité enzymatique associée : voie JAK-STAT. A. La voie JAK-STAT a 3 acteurs : - JAK, une kinase - STAT, facteur de transcription qui permet la régulation de l expression des gènes. - SOCS, qui génère l arrêt du signal. C est une voie de signalisation qui est utilisée pour des ligands plus circonscrits que ceux utilisés pour les récepteurs à 7 domaines transmembranaires. Ex : la signalisation des cytokines, des interférons, des facteurs de croissance hématopoïétiques, et de quelques hormones (hormone de croissance, prolactine). 1. JAK (Janus Kinase) JAK est une molécule caractérisée par : - un domaine enzymatique kinase. - un domaine pseudo kinase dans lequel les acides aminés nécessaires à la fonction enzymatique ont été modifiés, donc le domaine est catalytiquement inactif. - un domaine SH2, qui est un motif protéique récurrent. - un domaine FERM responsable de la liaison aux récepteurs membranaires (car JAK est associé aux récepteurs membranaires) - Plusieurs phosphates, sur des Sérine/Thréonine ou des Tyrosines. Cette protéine peut donc être régulée par phosphorylation et déphosphorylation. C est une famille de 4 Tyrosine-kinases : JAK 1, JAK 2, JAK 3, TYK 2. Dieu Janus qui a 2 visages. Représente ce double fonctionnement Kinase/PseudoKinase. Ronéo n 1 3 / 26

4 Les protéines de signalisation contiennent des motifs récurrents : 2 principaux types de motifs protéiques récurrents : 1) Domaines d homologie à Src (SH) - SH 1 est le domaine Tyrosine Kinase. Dans la plupart des protéines à Tyrosine kinases on retrouve un domaine fonctionnel enzymatique homologue d une protéine à l autre. Ce qui est modifié est l assemblage qui se fait dans chaque protéine avec d autres motifs qui vont servir aux régulations (ici SH2 et SH3). - SH 2 a une capacité de liaison à des Tyrosines Phosphate. L apparition de phosphates sur les Tyrosines est un principe de régulation des protéines : elle permet de changer la conformation de la protéine (son activité), mais aussi de créer des domaines de liaison à d autres protéines qui contiennent un motif SH2 reconnaissant les Tyrosines phosphate. Les domaines SH2 ont une spécificité : tous les domaines SH2 ne reconnaissent pas toutes les Tyrosines phosphate. Il faut un environnement d acides aminés donné. - SH 3 reconnait et se lie à des domaines riches en proline, ce qui permet des liaisons entre protéines. 2) Domaine d homologie à la pleckstrine (PH) Ce sont des motifs de liaison aux phospho-inositides (phospholipides dans la membrane) (Protéines de signalisation, protéines du cytosquelette). La présence d un domaine d homologie à la pleckstrine permet à la protéine de se fixer à la membrane au niveau de phospho-inositides. Ronéo n 1 4 / 26

5 2. STAT (Signal Transducer and Activator of Transcription) STAT est caractérisé par : - un domaine SH2 - un domaine de liaison à l ADN, car c est un facteur de transcription. - une Tyrosine qui peut être phosphorylée, ce qui permet aux différents membres de la famille STAT de s homodimériser ou de s hétérodimériser. Le SH2 d une molécule reconnait la Tyrosine phosphorylée d une autre molécule. - un domaine de dimérisation qui permet de stabiliser l homodimérisation ou l hétérodimérisation. C est une famille de 7 facteurs de transcription. 3. SOCS (Suppressor of Cytokine signaling) SOCS est caractérisé par : - Un domaine SH2 qui lui permet de se fixer à des Tyrosines phosphorylées du récepteur. - Un domaine KIR capable d inhiber JAK par une action de type pseudo-substrat. - Une boite SOCS capable de recruter un complexe qui est actif comme ubiquitine ligase : motifs qui permettent d adresser les protéines au protéasome où elles vont être dégradées. (Ne pas retenir le détail du complexe) Il y a donc la possibilité de fixer une ubiquitine ligase par la voie SOCS ce qui lui permet d adresser les protéines sur laquelle elle se fixe au protéasome, et donc à la dégradation. Il y a 7 membres : SOCS 1 à SOCS 7 B. Fonctionnement de la voie JAK-STAT. Ligands : Facteurs de croissance, Cytokines, GH, Leptine, Interféron Au départ le récepteur est sous forme monomérique et est associé à une protéine JAK (qui porte une activité kinase). Ronéo n 1 5 / 26

6 1) Dimérisation des récepteurs. Lorsque le ligand se fixe à son récepteur il y a un changement conformationnel quaternaire : rapprochement de 2 sous unités JAK. Ces 2 sous unités sont proches et peuvent donc se phosphoryler mutuellement. 2) Phosphorylation croisée des JAK -> Tyrosine Kinase activée. La phosphorylation croisée des JAK induit leur activation : elles ont une activité kinase supérieure. Leur cible de phosphorylation va être le récepteur. 3) Phosphorylation du récepteur -> Fixation de STAT (SH2). Une Tyrosine est phosphorylée au niveau du récepteur. Cette Tyrosine phosphorylée est un site de fixation pour STAT. 2 molécules STAT vont se fixer à proximité des JAK. 4) Phosphorylation de STAT -> Dimère stable de STAT. JAK va phosphoryler les 2 molécules STAT, qui sont alors capables de se dimériser et de s éloigner du récepteur. Ronéo n 1 6 / 26

7 5) Liaison ADN (Facteur de transcription). Les molécules STAT sous forme dimérisée vont dans le noyau et se fixent au niveau de régions spécifiques : les régions régulatrices de l expression des gènes. 6) Expression de SOCS / rétrocontrôle négatif. Parmi les gènes dont l expression va être induite par STAT, on retrouve le gène qui code pour SOCS. SOCS a 2 actions : - SOCS peut se fixer au niveau du récepteur au même endroit que STAT. Il peut donc empêcher la fixation de STAT. Il y a une compétition pour le même site de fixation, qui aboutit à une inhibition fonctionnelle de STAT qui ne pourra plus venir se faire activer. Ronéo n 1 7 / 26

8 - SOCS contient un domaine KIR qui peut agir comme un pseudo substrat vis-à-vis de JAK. A proximité de JAK, le domaine pseudo substrat va inhiber l activité kinase de JAK C est un double niveau d inhibition fonctionnelle : STAT ne peut plus se fixer et JAK ne peut plus agir en tant que kinase. Il y a un niveau supplémentaire d inhibition : Le recrutement du complexe ubiquitine ligase. SOCS va pouvoir adresser vers le protéasome l ensemble macromoléculaire sur lequel il s est fixé : JAK et le récepteur. Donc diminution du nombre de récepteurs présents au niveau membranaire. C est un exemple typique qui montre comment la signalisation induit un rétrocontrôle négatif qui aboutit à son extinction. C. Les combinatoires. Tableau croisé entre deux JAK et le type de ligand : (Ne pas retenir le schéma) Il y a des combinatoires particulières qui vont correspondre à chaque récepteur. Ces combinatoires sont aussi valables pour STAT. Il y a ainsi une diversité de cette signalisation. Exemples : - L érythropoïétine (EPO) a un récepteur qui va recruter deux JAK 2. - L interleukine 4 va recruter JAK 1 et JAK 3, qui vont activer STAT 6, et d autres gènes seront activés. Ces gènes ne seront pas forcément les mêmes selon le type cellulaire. C est-a-dire qu une voie de signalisation identique dans 2 cellules n aboutit pas forcément à l expression des mêmes gènes. Ronéo n 1 8 / 26

9 - L interféron gamma a un récepteur qui va recruter JAK 1 et JAK 2, ce qui va activer STAT 1. Il y a dimérisation de STAT 1 qui va aller dans le noyau, se fixer sur un site particulier : GAS, avec une transcription. (IFN gamma a une activité anti virale, donc les cellules de l immunité vont être stimulées). La voie JAK-STAT est donc une voie avec peu d intermédiaires ce qui permet une réponse cellulaire rapide, bien qu elle fasse appel à l expression des gènes. Mais comme il y a peu d intermédiaires, il n y a pas de capacité d amplification du signal, c'est-à-dire peu de sensibilité. Ronéo n 1 9 / 26

10 II- Activité enzymatique intrinsèque. - Récepteurs à Tyrosine kinase. - Récepteurs à activité Serine Thréonine Kinase. - Guanylate Cyclase. Ces récepteurs ont eux même une activité tyrosine kinase. Ce sont essentiellement les récepteurs des facteurs de croissance qui ont pour but de diminuer l apoptose et d activer la prolifération des cellules. Les récepteurs des facteurs de croissance sont nommés d après le nom du 1 er ligand mis en évidence. Parfois leur nom est différent de leur capacité réelle de fixation. Ex de PDGF : le facteur de croissance n est pas réservé aux plaquettes, mais est capable d activer plusieurs types cellulaires. A. Organisation des récepteurs à activité Tyrosine Kinase. En l absence de ligand, ces récepteurs sont des monomères (sauf la classe II qui contient le récepteur à l insuline) avec une partie extracellulaire et une partie intracellulaire. Les récepteurs à activité Tyrosine kinase sont classés selon leurs caractéristiques structurales liées aux domaines extracellulaire ou intracellulaire. Ronéo n 1 10 / 26

11 Il y a de nombreux domaines récurrents : - des domaines riches en Cystéine (classe I) - des domaines Immunoglobuline Like (classe III) (symbolisés par les boucles) très glycosylés, qui empêchent l action des protéases et donc protègent le domaine extracellulaire. Constante de ces récepteurs : Avoir un domaine tyrosine kinase qui est soit d un seul tenant (classe I et II) soit divisé en deux (classe III). B. Fonctionnement des récepteurs Tyrosine Kinase. Deux processus sont associés à l activation des récepteurs à Tyrosine kinase : - L augmentation d une activité tyrosine kinase intra cytoplasmique : activation d une activité catalytique intrinsèque portée par ce récepteur. - La création de sites de liaison qui permettent le recrutement de protéines de signalisation en aval. 1. Activation des récepteurs Tyrosine Kinase. Le ligand va se fixer, ce qui aboutit à une dimérisation du récepteur. La mise à proximité des 2 sous unités rapproche les activités Tyrosine kinase, ce qui permet une phosphorylation croisée du récepteur lui-même ( voie JAK STAT). On parle d auto phosphorylation d une Tyrosine intracellulaire du récepteur. Ronéo n 1 11 / 26

12 Cette phosphorylation croisée a 2 conséquences : - Apparition de sites phosphorylés sur le récepteur lui-même ce qui permet à des protéines d être recrutées et de se fixer au niveau du récepteur par leur domaine SH2. - Apparition d une activité Tyrosine Kinase : il va y avoir phosphorylation de protéines membranaires, ce qui permet la diffusion du signal à distance du récepteur. Différentes voies en aval vont pouvoir être activées : - Par l activation secondaire d une nouvelle fonction enzymatique, par exemple l activation par phosphorylation d une phospholipase avec synthèse d un second messager. - Par l activation d une cascade par interactions successives entre des molécules. Cette voie est associée à de nombreux branchements et donc à de nombreuses amplifications du signal. Ronéo n 1 12 / 26

13 Exemple du récepteur au PDGF (platelet derived growth factor) : Un Récepteur Tyrosine Kinase peut contenir plusieurs sites de liaison aux SH2 et activer plusieurs effecteurs. Ce récepteur a un domaine catalytique Tyrosine kinase qui est coupé en 2. Suite à la dimérisation du récepteur lorsque le PDGF se fixe, il va y avoir une première phosphorylation croisée qui entraine la phosphorylation du domaine catalytique. La phosorylation du domaine Tyrosine kinase va l activer. Donc il va pouvoir phosphoryler d autres protéines (en plus de l autre monomère du récepteur) mais il va aussi pouvoir se phosphoryler lui-même. Toutes ces sites Tyrosine phosphorylés constituent des sites d ancrage de protéines diverses qui vont pouvoir interagir les unes avec les autres. De nombreuses protéines peuvent se fixer sur un récepteur Tyrosine kinase activé. Par exemple lorsque le Récepteur PDGF est activé il y a apparition de sites de fixation pour RAS et PI3K et GRB 2. GRB2 : GRB2 est constitué de motifs récurrents, sans activité enzymatique, ce qui lui permet de se fixer à d autres protéines et de lier des protéines entre elles. GRB2 fait parti des adaptateurs moléculaires, c'est-à-dire que c est une protéine qui ne contient que des domaines d interaction protéine/protéine et qui n a pas d activité catalytique propre. Ronéo n 1 13 / 26

14 2. La voie RAS. Activation / Inactivation de RAS. RAS est une protéine majeure dans la signalisation. C est une sous famille des petites protéines G. En effet, elle a une activité GTPase et peut lier un GTP ou un GDP (comme la sous unité α des protéines G trimériques). RAS est un commutateur moléculaire. GRB2 se fixe sur le récepteur activé par la fixation du ligand. GRB2 peut à son tour recruter d autres protéines, comme SOS. SOS est un facteur d échange de nucléotides Guanidiques, il peut activer RAS. SOS est recruté à la membrane et RAS est déjà fixé à la membrane, leur mise en contact permet l activation de ce commutateur moléculaire par la fixation du GTP. RAS a une activité GTPase, il hydrolyse le GTP et revient sous forme inactive liée au GDP. Mais l activité GTPase de RAS est faible, il doit donc être aidé par des protéines activatrices de GTPase comme NF1 (Neurofibromine) qui favorise l inactivation de RAS en potentialisant son activité catalytique. Plusieurs voies relayent le signal en aval de RAS, notamment la voie des MAPK et la voie PI3K. Ronéo n 1 14 / 26

15 - Voie des MAPK/ERK : La cascade MAPK/ERK aboutit à un effet mitogène c'est-à-dire à la prolifération cellulaire. C est une cascade d activations, et plus exactement une cascade de kinases : RAF, MEK et ERK sont des kinases qui sont dans le cytoplasme sous forme inactive. RAS sous sa forme GTP peut se fixe à RAF qui devient actif. RAF va phosphoryler MEK et l activer. MEK va phosphoryler ERK ce qui le rend actif. ERK va phosphoryler des protéines effectrices qui vont changer d activité et être responsables de modifications dans la cellule. ERK peut aussi entrer dans le noyau et phosphoryler ELK (facteur de transcription) qui a pour cible Myc (Facteur mitogène, c est-a-dire une molécule protéique capable d activer la prolifération des cellules). La présence d un facteur de croissance extracellulaire a permis d activer une voie complexe qui aboutit à des modifications cytoplasmique et transcriptionnelles à l origine de la prolifération de la cellule. - Description de RAS. Ras correspond à 3 gènes qui codent pour 4 protéines à forte homologie. Elles ont les mêmes domaines dans la partie N terminale, mais sont différentes à l extrémité C terminale qui est une région hypervariable. Ronéo n 1 15 / 26

16 Cette région hypervariable code pour la partie de la protéine qui reçoit des modifications post-traductionnelles. C'est-à-dire que le domaine fonctionnel des 4 protéines est conservé mais qu elles vont recevoir des modifications posttraductionnelles différentes les unes des autres. Pour RAS les modifications post-traductionnelles concernent essentiellement sa localisation cellulaire. Modifications post-traductionnelles de RAS : Ftase : Farnesyl transférase FPP : Farnesyl pyrophosphate. RAS est une protéine cytoplasmique qui va être modifiée pour pouvoir se fixer à la membrane. L enzyme Farnesyl transférase ajoute un radical Farnesyl (hydrophobe) sur l extrémité C terminale de RAS, ce qui lui permet se fixer à la membrane du réticulum endoplasmique où se font les modifications post traductionnelles. Puis une Palmitoyltransferase ajoute 2 radicaux Palmitoyl (sur H-RAS N-RAS). Ce sont des modifications post traductionnelles qui permettent de changer la localisation de la protéine dans la cellule, et donc d interagir avec différentes molécules. Trafic intracellulaire de RAS : On a longtemps considéré que la signalisation était un phénomène exclusivement réservé à la membrane cytoplasmique, avec des récepteurs membranaires. En fait RAS est à différents endroits dans la cellule, toujours fixé à des membranes, comme les membranes du Golgi ou du RE. Mais RAS fait aussi l objet d un trafic dans la cellule. Ras peut être fixé à des molécules qui vont permettre de transduire une signalisation a différents endroits de la cellule. Ronéo n 1 16 / 26

17 Il est probable qu une signalisation puisse se faire ailleurs qu à la membrane cytoplasmique, comme au niveau des membranes intracellulaire (endosomes, Golgi). Protéines d assemblage macromoléculaires : Compartimentation des MAPK dans la cellule. - Voie de la PI3K/AKT : La PI3 Kinase n est pas une Protéine Kinase mais une Lipide Kinase. Elle a pour substrat PIP2 et va donner PIP3 (second messager). La PI3K a 2 sous unités : - P110 : sous unité catalytique. Elle contient le domaine lipide kinase, un domaine de fixation à P85, un domaine de fixation à RAS et un domaine d encrage membranaire. - P85 : Elle contient deux SH2 et un domaine de fixation à P110. La PI3K ajoute un phosphate à l inositol de PIP2 pour donner PIP3 qui est un second messager. Remarque : La réaction inverse peut être catalysée par la Lipide phosphatase PTEN. Ronéo n 1 17 / 26

18 PI3K est recrutée par RAS-GTP qui lui-même est fixé à la membrane, elle va donc se retrouver à proximité de son substrat. Remarque : La PI3K peut aussi être recrutée au récepteur activé sans l intermédiaire de RAS et se fixer directement. La PI3K est activée par 2 mécanismes : - la mise à proximité de son substrat. - un changement conformationnel du fait de sa fixation à RAS. La PI3K va changer un site de phosphorylation du PIP2 pour donner du PIP3. La polarité lipidique ne change pas, donc le PIP3 reste à la membrane. Le PIP3 recrute 3 protéines : AKT, PDK1 et PDK2. AKT est une protéine kinase B, elle se fixe sur le PIP3. Cette fixation commence à l activer mais ne suffit pas. AKT a besoin d un mécanisme de phosphorylation qui se fait grâce à 2 kinases : PDK1 et PDK2. Elles vont parfaire la phosphorylation de AKT en phosphorylant des sites particuliers. Puis quand AKT est activé, il va phosphoryler des protéines dans le cytoplasme. Les cibles de AKT : (reprises dans le cours sur l insuline) Ronéo n 1 18 / 26

19 Les cibles de AKT ont un rôle dans l apoptose, le cycle cellulaire, le métabolisme du glucose, la croissance, la traduction, l arrêt du cycle cellulaire, etc. Ce sont des cibles potentiellement dangereuses pour la cellule, car elles peuvent promouvoir le cancer. Il faut donc plusieurs niveaux de régulation de l activation de la Kinase. /!\ La prof nous fait grâce de cette diapo. Elle n a pas donné d explications dessus, mais je la mets car elle était quand même dans son cours. 2/ RESEAU DE SIGNALISATION : Dialogue (cross-talk) entre les voies de signalisation. Schéma qui synthétise les voies que EGF est capable d activer. Ronéo n 1 19 / 26

20 Compte tenu du grand nombre de ligands, nous n avons pas énormément de processus de signalisation. Chaque récepteur est capable d activer un grand nombre de voies de signalisation. Ces voies de signalisation ne sont pas privées, c'est-àdire qu elles sont partagées par un grand nombre de récepteurs, par plusieurs types de signaux. Cependant, la cellule est capable d apporter une réponse spécifique à chaque ligand. Un nombre restreint de circuits de signalisation est utilisé pour réguler un nombre important de processus biologiques. Quelles sont les relations entre les différentes voies de signalisation? Quelles sont les interactions? Les interactions peuvent être : - bénéfiques pour la cellule, et vont amener à une intégration des signaux => interactions fonctionnelles. - néfastes pour la cellule => interférences. I- Interactions fonctionnelles : La cellule est sujette à la fixation d un grand nombre de ligands et va devoir intégrer de nombreux signaux. Il faut donc des interactions fonctionnelles entre les voies de signalisation. 2 types d interactions fonctionnelles : Effets additifs et Intégration. Signal 3 Signal 1 Signal 2 Ronéo n 1 20 / 26

21 A. Effets Additifs : Un signal A ou un signal B ou les 2. Exemple de l interféron : L interféron active la voie JAK-STAT, mais JAK est également capable d activer la PI3K via JAK2 lorsque l interféron est fixé au récepteur. La PI3K va ensuite activer la PKC, qui va phosphoryler STAT 1 ce qui va l activer complètement. Il y a eu une 1 e phosphorylation de STAT1 par JAK1/JAK2 qui l a activé. La PI3K permet une 2 e phosphorylation de STAT qui complète l activation. La 2 e voie de signalisation augmente la 1 e. Deux signalisations différentes peuvent donc aboutir au même résultat. C est un principe de convergence avec l effet additif de 2 signalisations. Remarque : Sur le schéma la PI3K est activée par le même récepteur que celui qui active STAT, mais elle peut aussi être activée par un récepteur différent. B. Effet d intégration : les signaux A et B sont nécessaires pour avoir une réponse. Exemple de la Drosophile : Lors du développement, des facteurs de signalisation agissent en gradient. Il y a un facteur dorsal et un facteur ventral, chacun code pour un facteur de transcription. Mais ni l un ni l autre n est capable de coder pour l ensemble des facteurs de transcription. Il faut donc une coexpression de ces deux signaux (1 et 2) pour avoir une coexistence des facteurs de transcription. Avec la coexistence des signaux 1 et 2 (signal 3) on a l expression d un troisième facteur de transcription. Ces effets sont intégrés, c'est-à-dire qu il faut les 2 voies de signalisation pour obtenir un effet. Ronéo n 1 21 / 26

22 II- Interférences: Il y a la possibilité d interférences lorsqu un nombre important de voies de signalisation survient dans une même cellule. Les moyens de prévention des interférences : - Des différentiels d affinité des kinases pour leurs cibles. Il ya une spécificité des kinases vis-à-vis de leurs cibles. En physiologie, généralement il n y a pas de phosphorylation qui ne serait pas spécifique. - Des phosphatases pour corriger une phosphorylation. - La cellule a des mécanismes d isolement spatial, qui permettent à des circuits de signalisation qui partagent certains intermédiaires de rester complètement indépendants l un de l autre, de sorte qu ils ne puissent pas interférer. Compartimentation des PKA : Les AKAP ou «de l ordre dans le chaos» Les AKAP sont des protéines d ancrage de la Kinase A, elles permettent d organiser la cellule. Elles fixent les molécules qui sont importantes pour la voie de signalisation de la PKA : la PKA elle-même, ses substrats, les phosphodiestérases (enzymes qui interviennent dans la dégradation de l AMPc). Les molécules qui interviennent dans une même voie sont regroupées sur ces «protéines d échafaudage». Ceci permet de rendre les voies de signalisation plus efficaces car l enzyme et son substrat sont à proximité. Ronéo n 1 22 / 26

23 Les cellules sont compartimentées grâce à ces protéines d échafaudage qui permettent une activation coordonnée des protéines kinase, une efficacité des voies de signalisation, une indépendance et éviter les interférences entre les voies de signalisation. L AMPc, grâce à la présence des AKAT, régule la réponse à des stimuli externes dans une région sub-cellulaire délimitée, et pendant un intervalle de temps limité : on parle de gradient spatio-temporel de signalisation. Lien entre métabolisme de l information et métabolisme énergétique : Voies de signalisation Transfert d information Complexes moléculaires 10 à molécules pour induire le signal Equilibre entre les quantités de substrat et d enzyme Métabolisme énergétique Transfert de masse Grandes quantités de substrat (µm ou mm) Quantités de substrat >> Quantités d enzyme 3/ PATHOLOGIES TOUCHANT LES CIRCUITS DE SIGNALISATION. I- Neurofibromatose de type 1 (NF1). La Neurofibromatose est une maladie génétique autosomique dominante qui touche 1/3500 naissances. Cette maladie est liée à une haploinsuffisance, c'est-à-dire à la délétion d un allèle du gène NF1 qui code pour la Neurofibromine (protéine activatrice de la fonction GTPase de RAS). Il ne reste donc plus qu un allèle présent. Au cours de la vie de ces patients, le 2 e allèle va également être inactivé de façon somatique, dans une cellule. Ces cellules n auront donc plus aucune copie de NF1, et ne réprimeront plus correctement l activation de la voie RAS. RAS va continuer d émettre son signal, donc la cellule continue de proliférer et de survivre, et risque de devenir une cellule cancéreuse. La Neurofibromatose est une maladie génétique de prédisposition au cancer. Ronéo n 1 23 / 26

24 II- Mutations de gènes de la voie RAS dans les tumeurs. Le plus souvent RAS n est pas touché sur un plan constitutionnel mais sur un plan somatique. Après la naissance, il va y a voir des mutations dans les cellules. Les mutations de RAS sont les mutations que l on trouve le plus souvent dans les cancers. Les mutations sont le plus souvent des mutations ponctuelles. Séquençage du gène RAS : Chaque pique = 1 nucléotide dans l ADN. Mutation hétérozygote : dans ces cellules il a eu le remplacement d une base par une autre ce qui a donné une protéine avec un acide aminé remplacé par un autre. Donc la fonction de la protéine est changée : RAS ne peut plus fixer correctement la protéine activatrice de son activité GTPase. RAS a une activation exagérée. C est ce que l on retrouve dans les cancers. Exemples de cancers avec fréquence de mutation de RAS et type de RAS muté. Ronéo n 1 24 / 26

25 Dans les tumeurs, la voie RAS est soumise à de nombreuses modifications. Tous les intermédiaires des voies de signalisation peuvent être modifiés dans les tumeurs : surexpression du récepteur, duplications de GRB2 (augmentation trop importante du nombre de GRB2), mutations de RAS, mutations de BRAF, mutations de MEK etc. (Tout ça n est pas à apprendre par cœur, mais sert à comprendre ce qui a été dit avant). Médicaments potentiels : Médicaments qui peuvent restaurer des voies qui sont défaillantes. Exemples : - Herceptine et Erbitux, qui sont déjà utilisés. - Inhibiteurs de farnesyl transferase, pas beaucoup utilisés. Ils ont été testés : Raisonnement : RAS est prénylé ce qui lui permet de jouer son rôle à la membrane. Les inhibiteurs de farnesyl transferase empêchent cette prénylation, donc RAS n aura pas de modifications post traductionnelles, ne pourra pas aller à la membrane et restera donc inactif. Les patients pourront ainsi être traités. Mais en fait RAS peut aussi être géranylé (autre forme de prénylation).le traitement n a donc pas fonctionné. Définition de la Prénylation qui n est pas dans le cours : On appelle prénylation l association de groupements farnésyl ou Géranyl. Elle réalise un adressage des protéines : association à la membrane de la cellule. Ronéo n 1 25 / 26

26 III- La Lèpre (Mycobacterium leprae) La Lèpre est une maladie bactériologique due au Mycobacterium leprae. Ce microorganisme touche les nerfs périphériques et plus précisément les cellules de schwann. Le Micobactérium Leprae active les récepteurs ErbB2. Il est capable de se fixer sur le récepteur de ErbB2 (appartient à la famille des EGFR). Il va y avoir activation de la voie des MAP Kinase jusqu à ERK. L Herceptine est un médicament qui a été développé dans le cadre du cancer du sein et est actif sur la lèpre. (Mais l Herceptine n est pas utilisé comme traitement de la lèpre) Un même médicament sur une même cible moléculaire peut avoir des effets sur des maladies différentes : le cancer et la lèpre. Ce qui montre que les systèmes de transduction du signal sont polyvalents et agissent sur des voies différentes. Ronéo n 1 26 / 26