L2 - UE1 Bases Moléculaires et Cellulaires des Pathologies

Transcription

1 FACULTE DE MEDECINE L2 - UE1 Bases Moléculaires et Cellulaires des athologies Mécanismes moléculaires de la transduction des signaux Le métabolisme de l information 1 ère partie Hélène Cavé Département de Génétique, Hôpital Robert Debré

2 LA CELLULE REOND A DES SIGNAUX SECIFIQUES DE SON ENVIRONNEMENT Hormones Cytokines Facteurs de croissance Neuromédiateurs Matrice extra-cellulaire METABOLISME DE L INFORMATION Ions Lumière Aromes Odeurs Nombre réduit de processus fondamentaux hosphorylation des molécules cibles Interaction entre les différentes voies Importance en physiologie importance en pathologie

3 TRANSMISSION D INFORMATION A LA CELLULE Milieu extracellulaire ASSAGE DE LIGAND TRANSDUCTION DU SIGNAL Cytosol assage du ligand dans le cytoplasme Interaction récepteur/protéines cytoplasmiques

4 TRANSDUCTION DU SIGNAL Milieu extracellulaire ACTIVATION D UNE KINASE HOSHORYLATION DU RECETEUR α β γ ACTIVATION D UNE ROTEINE G Cytosol β γ α Fonction tyrosine kinase activée Sites d ancrage Dissociation de la protéine G et action sur ses cibles

5 RECETEURS A 7 DOMAINES TRANSMEMBRANAIRES ACTIVATION D UNE KINASE HOSHORYLATION DU RECETEUR α β γ ACTIVATION D UNE ROTEINE G β γ α Fonction tyrosine kinase activée Sites d ancrage Dissociation de la protéine G et action sur ses cibles

6 LES ROTEINES G TRANSDUISENT LE SIGNAL D UN GRAND NOMBRE DE RECETEURS Lumière (hotons) (rhodopsine des batonnets) Ions Ca++ Stimuli sensoriels (molécules olfactives, gustatives, phéromones) etites molécules endogènes - acides aminés (acide glutamique et γ-amino-butyrique) - amines (acétylcholine, adrénaline, noradrénaline, dopamine, histamine, mélatonine, sérotonine) - nucléosides (adénosine) et nucléotides (AD, AT, UT) - lipides (anandamide, leucotriènes, latelet Activating Factor, prostaglandines, thromboxane A2) s - hormones (glucagon, thyrotropine TSH, lutropine LH, follitropine FSH, choriogonadotropine HCG) - protéases (thrombine) α β γ RECETEURS A 7 DOMAINES TRANS-MEMBRANAIRES

7 COMMUTATEURS MOLECULAIRES ROTEINES FIXANT LE GT GT (active) GEF Guanosyl exchange factor GA GTase activating protein GD (inactive)

8 CYCLE DES ROTEINES G Au repos Activité GTase intrinsèque α GD β γ Activation du récepteur par un agoniste (ligand) α β γ β γ α GT Effecteur GT GD Activation des protéines G par le complexe récepteur/ligand Régulation de l activité d effecteurs

9 LES ROTEINES G ACTIVENT OU INHIBENT LEUR CIBLE Nombreuses isoformes de chacune des sous-unit unités β γ α Gαs/Gαi Gαq Gαo Gαt Transducine Amines β-adrénergiques Hormones parathyroïdiennes Glucagon [+] [-] Acétylcholine Amines α-adrénergiques Neuromédiateurs Acétylcholine Amines α-adrénergiques Neuromédiateurs vasopressine photons Adénylate cyclase hospholipase C Canaux Ca ++ Canaux K + GMc hosphodiestérase AT AMc (KA) I2 I3 (Ca ++ ) DAG (KC) GMc GM

10 EFFECTEUR : ADENYLATE CYCLASE Gαs Adenylate cyclase i AT AMc

11 HOSHORYLATIONS ET DEHOSHORYLATIONS Tyrosine (Tyr,Y) kinase OH + AT + AD Changement de conformation phosphatase Régulent 30% des protéines 520 s Kinases 1-2% du génome humain 150 hosphatases Site de fixation pour d autres protéines Ex : protéines fixent RXXX[pS/pT]X Rétention dans le cytosol (pas d entrée dans le noyau)

12 EFFECTEUR : ADENYLATE CYCLASE L AMc ACTIVE LES ROTEINES KINASE A (KA) régulatrice catalytique eptide pseudo-substrat RRXA inhibiteur des sous-unités catalytiques (A non phosphorylable) catalytique régulatrice AMc Changement de conformation catalytique AMc régulatrice AMc - - AMc régulatrice AMc catalytique lusieurs isoformes de chacune des sous-unités (Cα, Cβ, Cγ, RIα, RIβ, RIIα, RIIβ)

13 LES KA MODULENT L ACTIVITE DE ROTEINES CYTOLASMIQUES ET NUCLEAIRES catalytique Transcription Métabolisme Apoptose Cycle cellulaire Noyau Cytoplasme catalytique CREB CREB CRE (cam Response Element) Action sur la transcription des gènes

14 LE NIVEAU DE 2 ND MESSAGER EST LA RESULTANTE D UN EQUILIBRE Exemple de l AMc Gα S Gα i Glucagon Amines β adrénergiques Gγβ Rs Gβ Gαs Adenylate cyclase - Gαi Ri Gβ Gγβ Acetylcholine Amines α adrénergiques AT AMc hosphodiesterase OH 5 -AM KA (inactive) KA (active) Activation/Inhibition Activités enzymatiques Expression des gènes Excitabilité membranaire REONSE CELLULAIRE

15 LES ROTEINES G ACTIVENT OU INHIBENT LEUR CIBLE Nombreuses isoformes de chacune des sous-unit unités β γ α Gαs/Gαi Gαq Gαo Gαt Transducine Amines β-adrénergiques Hormones parathyroïdiennes Glucagon [+] [-] Acétylcholine Amines α-adrénergiques Neuromédiateurs Acétylcholine Amines α-adrénergiques Neuromédiateurs vasopressine photons Adénylate cyclase hospholipase C Canaux Ca ++ Canaux K + GMc hosphodiestérase AT AMc (KA) I2 I3 (Ca ++ ) DAG (KC) GMc GM

16 LES HOSHOINOSITIDES 7 différents types selon le profil de phosphorylation Inositol Glycerol 2 AG hosphatidyl-inositol phosphate inositol phosphate

17 EFFECTEUR : HOSHOLIASE C VOIE DES HOSHOINOSITIDES Clivage par la hospholipase C

18 LE DIACYLGLYCEROL ACTIVE LA ROTEINE KINASE C seudo substrat C1A C1B C2 kinase Fixation du pseudo-substrat au site actif C2 C1A C1B C1A C1B C2 kinase C (KC) inactive en solution Diacylglycérol Ca ++ DAG

19 L INOSITOL TRI-HOSHATE (I3) ROVOQUE LA LIBERATION DE Ca ++ INTRACELLULAIRE CAM-kinases Ca ++ Calmoduline Ca ++ Ca ++ Ca ++ (10-6 M Ca ++ ) (10-6 M) pompe Ca ++ Reticulum Endoplasmique Ca ++

20 SIGNAL CALCIUM Récepteurs 7TM : Cascade des phosphoinositides Récepteurs pompes/canaux ioniques Ca++ [Ca ++ ] extra-cellulaire (sang) 2.5 mm (2, ) intra-cellulaire (basal) 100 nm ( ) Différentiel Ouverture canaux calciques 1-10 µm (10-6 )

21 L INOSITOL TRI-HOSHATE (I3) ROVOQUE LA LIBERATION DE Ca ++ INTRACELLULAIRE CAM-kinases Ca ++ Calmoduline Ca ++ Ca ++ Ca ++ (10-6 M Ca ++ ) pompe Ca ++ Ca ++

22 Shéma récapitulatif LES RECETEURS A 7 DOMAINES TRANSMEMBRANAIRES Voies relayant le signal : effecteurs des proteines G Ligand Récepteur I2 KC DAG LC Gα q Gα s/i AC AT I3 AMc KA ou Ca ++ RE I4 Ca ++ Ca++ Ca ++ Calmoduline Ca ++ CAM-kinases KA Ny Activée ou inhibée CREB CRE (cam response element)

23 EXTINCTION DU SIGNAL - RECETEURS A 7TM Les réponses cellulaires à de nombreuses hormones ou neurotransmetteurs sont en général de courte durée (secondes à quelques minutes) 1. Niveau ligand Dissociation récepteur/ligand Dégradation extra-cellulaire du ligand (acétylcholinesterase) Recaptage du ligand (terminaisons pre-synaptiques /neurotransmetteurs) Inhibiteurs : Cocaïne / recaptage dopamine, noradrénaline Antidepresseurs / recptage sérotonine 2. Niveau récepteur Désensibilisation Diminution de synthèse (transcription) (>1h) 3. Niveau post-recepteur Activité GTase des protéines G Catabolisme des 2 nd messagers (phosphodiesterase/amc)

24 DESENSIBILISATION DES RECETEURS A 7TM 1. Découplage fonctionnel par phosphorylation (désensibilisation) 2. Internalisation ligand/récepteur (recyclage ou dégradation)

25 LE CHOLERA Gs GT AC NAD Toxine cholérique nicotinamide Gs GD AD ribose Gs GT AC AT i X AMc + i Ouverture canal Cl -