D/ Communication intercellulaire

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1 Chapitre III: La membrane plasmique: Fonctions D/ Communication intercellulaire Médecine dentaire Dr A. DEKAR Promo:

2 Objectifs pédagogiques 1- Donner la structure des récepteurs couplés aux protéines G (récepteurs métabotropiques). 2- Indiquer la nature chimique de leurs ligands. 3- Définir la protéine G et expliquer la notion de transduction du signal. 4- Indiquer les conditions d activation de la protéine G. 5- Enumérer les sous populations de protéines G et leurs effecteurs correspondants. 6-Comparer, à travers des exemples de ligands et de cellules cibles, les modalités de signalisation des GPCRs par les voies adényl cyclase et phospholipase C. 7- Donner la structure des récepteurs enzyme catalytique. 8- Indiquer la nature chimique de leurs ligands. 9- Indiquer leurs mécanismes de signalisation possibles. 10-Expliquer l effet du signal insuline sur l hépatocyte. 11- Donner la structure des récepteurs canal (récepteurs ionotropiques). 12- Indiquer la nature chimique de leurs ligands. 13- Décrire leur mode d activation par le ligand ACh au niveau de la plaque motrice.

3 Variétés de signaux externes Réponses cellulaires adaptées à chaque signal

4 Les acteurs de la communication intercellulaire Molécules signal Changement d état/ d activité Cellule émettrice Ligand= Signal= messager Récepteur Membranaire Cellule réceptrice

5 La distance émetteur récepteur détermine des modes de communication Autocrine Paracrine

6 Le signal est délivré par la circulation Communication endocrine

7 Le signal est délivré dans la fente synaptique Communication interneuronale (synaptique)

8 Les récepteurs cellulaires: deux localisations Membranaires intracellulaires Facteur hydrosoluble Facteur liposoluble Nature chimique du signal

9 Récepteur membranaire Ligand hydrophile Membrane plasmique récepteur

10 Récepteur intracellulaire Ligand hydrophobe Protéine de transport Récepteur nucléaire Noyau Contrôle de l expression du génome

11 Les récepteurs membranaires

12 Classification des récepteurs membranaires Récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) Récepteurs enzymes catalytique Récepteurs canaux ligands dépendants

13 Classification des ligands = messager Nature chimique Acide aminé (Glycine, glutamate ) Acide aminé modifié (NA, Ad, DA ) Peptide (VP,OT, Glucagon, Insuline..) Glycoprotéine (FSH, LH, ACTH..) Action Neurotransmetteur: (NA, Ad, DA, GABA) Hormone: (Glucagon, insuline, ) Neurohormone: VP, OT, MLT) Facteur de croissance EGF, NGF, FGF.) Cytokine (IL,

14 Les effets physiologiques possibles d une signaisation par les GPCRs

15 Notion de pluralité L effet du signal varie en fonction du type cellulaire du type de récepteur

16 Exemple Ach Cellule cardiaque Cellule musculaire squelettique Cellule glandulaire R1 R2 R3 Réduit la vitesse de contraction Induit la contraction Active la sécrétion

17 Structure chimique du Récepteur couplé à la protéine G (GPCR) GPCR= glycoprotéine transmembranaire à 7 domainest rans membranaires Domaine à N terminal (extracell.) fixe le ligand et le domaine à C terminal (intracell.) interagit avec la proteine G Domaine Extracellulaire Domaine Trans membranaire c Domaine Cytoplasmique

18 La taille du domaine extracellulaire du GPCR est adaptée à la taille du ligand sucre Court :(Ad, ACh) Long :(LH, FSH)

19 Principales classes de Ligands actifs sur les GPCRs et leurs cellules cibles Cellules sensorielles Cellules endocrines & neuroendocrines Neurones Cellules immunitaires Lumière Odeurs Ondes Molécules gustatives Hormones FSH,LH,Glucagon, Adrenaline Neurohormones Vp, OT, MLT Neuro Transmetteurs ACh, NA,DA, GABA,Glutama te, serotonine Chémokines Leucotriène histamine

20 Structure fonctionnelle du GPCR Récepteur Effecteur membranaire = Effecteur I re α β γ Transducteur

21 Variétés de protéines G

22 Transduction du signal Il existe plusieurs isoformes de la sous unité Gα ce qui correspond à plusieurs effecteurs membranaires Effecteurs

23 Variétés d effecteurs membranaires

24 Les effecteurs I res activables par les GPCRs sont soit des enzymes soit des canaux ioniques Canal enzyme

25 La fixation du ligand= 1er messager extracellulaire induit la formation d un 2 ème messager intracellulaire Sous l effet de la transduction de ce signal par la protéine G

26 L activité de la protéine G est cyclique Cycle de la protéine G: transition entre repos/ activation ( voir schéma 23Page 87) α β γ β γ α α GDP GDP état de repos état activé Hydrolyse du GTP Effecteur

27 Le changement conformationnel du récepteur induit son interaction avec la protéine G et l activation de celle-ci.

28 La transduction du signal par la protéine G Induit l activation de l effecteur I re Avant stimulation par le ligand Échange GDP/GTP dissociation du trimère Diffusion de Gα action sur l effecteur 3

29 Il existe des facteurs qui perturbent le cycle de la protéine G. Ex: l infection des entérocytes par la bacille cholérique ( maladie du Choléra ) Infection des entérocytes 1 Toxine du choléra se fixe sur le site d hydrolyse du GTP au niveau de la protéine G La réponse excessive: Diarrhée Hydrolyse du GTP 3 Ouverture prolongée de canaux sortie d eau et d ions de l entérocyte 2 Pas de retour à l état de repos de la protéine G Activation prolongée de l effecteur membranaire:production excessive du 2 ème messager

30 Processus d activation des GPCRs par leurs ligands spécifiques Ligand = 1 er messager MEC Récepteur Protéine G trimèrique Effecteur I re membranaire Membrane plasmique MIC 2 ème messager Réponse cellulaire adaptée Effecteurs II res intracellulaires

31 Voie de signalisation des GPCRs par un effecteur enzyme: l Adenylate ou Adényl cyclase (AC)

32 Voies de signalisations intracellulaires activés par la PKA Modification de la perméabilité Activation d une voie de signalisation Modification du métabolisme cellulaire Régulation de la transcription des gènes

33 Mécanisme général ligand Type cellulaire R- spécifique Voies de signalisations Réponse spécifique adaptée

34 Mécanisme d action de l Ad. sur la cellule musculaire et la cellule hépatique adrénaline R G α s + AC + + PKA + ATP AMPc Phosphorylation Enzymes de glycogénolyse Enzymes de glycogenogenèse Glycogène Glucose

35 Voie de signalisation des GPCRs par l effecteur Phospholipase C ( PL 1 Liaison du ligand: Vasopressine 2 Transduction par G α q 3 Activation de l effecteur: PLC 4 Production des 2 ème messagers: signaux intracellulaires

36 Mécanisme d action de la VP sur les cellules musculaires lisses de la paroi vasculaire VP R G αq + PLC β PIP 2 DAG IP 3 Ca++ Vasoconstriction REL Canal de libération du Ca++ Sortie de Ca++ Protéine Kinase C (PKC) Activation des Protéines du cytosquelette

37 Récepteurs catalytiques

38 Récepteurs catalytiques (enzymes) Structure Site récepteur Site catalytique Activation de Kinases Tyrosine kinase Serine/thréonine Kinase Dimérisation par liaison du ligand et autophosphorylation Activation de Guanilyl-cyclase

39 La stimulation des récepteurs catalytiques par leurs ligands Induit leur dimérisation et l activation de leur site catalytique

40 Les ligandsspécifiques des R- catalytiques sont les facteurs de croissance et les hormones peptidiques

41 La dimérisation peut être structurale: cas du (R-insuline) ou induite par la fixation du ligand:cas des R- facteurs de croissance

42 Domaine cytosolique et activité de phosphorylation

43 Les voies activables par les Récepteurs enzymes Tyrosine Kinase (TRK)

44 Structure moléculaire du récepteur à l insuline Récepteur dimérisé A Sites de fixation de l insuline B Insuline Ponts disulfures Chaines α Ponts disulfures Chaines α Chaines β Chaines β Membrane Plasmique Membrane Plasmique Tyr Tyr Tyr Sites d autophosphorylation Tyr Tyr 2 ATP 2 ADP P P Tyr Tyr Tyr Tyr P P 2 ATP 2 ADP Etat de repos Etat d activité

45 Mode d activation d un récepteur Tyrosine kinase par son ligand: Cas du récepteur à l insuline dans la cellule hépatique. Récepteur activé Récepteur au repos P P P P Autophosphorylation et migration vers un puits recouvert Vésicule recouverte E 1 -Tyr- E 1 -P Tyr- P P P P P P Endosome précoce ph 7 P P E 2 - P Tyr- P P endocytose Vésicule lisse E 2 - Tyr Bourgeon Recyclage des récepteurs Dégradation (insulinase) Membrane plasmique Lysosome ph 5 E1, E2, EX: enzymes de la voie de glycogénogenèse Vésicules à hydrolases E X - Tyr E X -P Tyr- Réponse cellulaire : Glycogénogenèse Endosome Tardif ph 6 Découplage hormone récepteur Glucose 6 P Glycogène

46 Action hypoglycémiante de l insuline passe par différentes voies métaboliques

47 Les différentes cibles de l hormone Insuline

48 L insuline exerce des effets pleiotropiques

49 Internalisation du complexe R- NGF au niveau de puits recouverts de clathrine / cavéoline Non compris

50 Récepteurs canaux ligands dépendants

51 Structure du récepteur GABA Cl pentamère Chaque monomère= 4 domaines transmembranaires

52 Le ligand peut être externe (neurotransmetteur) ou interne (messagers secondaires )

53 Les ligands externes des Récepteurs canaux sont Généralement des neurotransmetteurs. Ex: Récepteur nicotinique de l Acetyl choline (Rn ACh) les récepteurs du GABA Le Rn ACh présente 2 sites de fixation de l ACh portés chacun par les monomère α

54 Le récepteur nicotinique de l Ach est formé de 5 sous unités: pentamère (2α, β, γ,δ)

55 La fixation du ligand extracellulaire ouvre le canal et laisse rentrer des cations Na+: Rn-ACh ou Cl - : R- GABA de la membrane

56 Cas du récepteur nicotinique de l Acetyl choline (Rn ACh) au niveau de la jonction neuromusculaire

57 Points d innervation du muscle strié squelettique forment les plaques motrices

58 Jonction neuromusculaire = synapse neuromusculaire= plaque motrice

59 La triade constitue une continuité entre le sarcolemme (tubule T) et 2 citernes de réticulum sarcoplasmique (RS) La membrane plasmique de la cellule musculaire striée = sarcolemme. Son réticulum endoplasmique lisse= réticulum sarcoplasmique. Son cytoplasme est occupé par les myofibrilles Chaque myofibrille est formée par une succession de bandes sombres et de bandes claires correspondant aux filaments de myosine et d actine

60 Libération du neurotransmetteur et activation des canaux liganddépendants ( dépolarisation de l a mb post synaptique) Voir, Pl II (b), page 88

61 Entrée du Na+ et ouverture des canaux Na+ voltage dépendants (propagation de la dépolarisation)

62 Propagation de la dépolarisation au tubule T et ouverture des canaux Ca++ voltage dépendants = entré du Ca++

63 l entrée du Ca++ extra cell. déclenche l ouverture d un canal de libération du Ca++ sur la membrane du RS. Le Ca++ permet l interaction actine myosine: c est la contraction

64 1: influx nerveux Terminaison nerveuse Tubule T Réticulum sarcoplasmique Myofiilaments Sarcolemme 2: ions Ca++ 3: canaux Ca++ voltage dépendants 4: exocytose des vésicules à Ach 5: canal Na+ ligand dépendant = Rn Ach 6: canal Na+ 7 : propagation de la dépolarisation à l intérieur de la cellule Les canaux ioniques impliqués dans la propagation de l influx nerveux dans la jonction neuromusculaire

65 Quelques exemples de molécules signal et mode de signalisation de leurs récepteurs (voir tableau tirage ) Molécule signal Classe Lieu de synthèse Cellule cible Classe du récepteur membranaire Neurotransmette Neurones -Neurones -Récepteur canal ur -Cell. Musculaire ligand dépendant Acétylcholine squelettique (nicotinique) (ACh) -Cell. du pancréas -Récepteur GPCR exocrine (muscarinique) Hormone Cellules α des -Hépatocytes peptidique ilots de -Cell. musculaire Récepteur GPCR Glucagon Langerhans squelettique pancréatiques Cellules β des Hormone ilots de -Hépatocytes Insuline polypeptidique Langerhans -Cell. musculaire Récepteur pancréatiques Squelettique enzyme -Adipocyte Vasopressine Neurohormone peptide Effet physiologique -Contraction musculaire -Sécrétion des enzymes Glycogénolyse -Entrée du glucose - contraction musculaire -Exocytose des vésiclules à Glut 4

66 Fin