Docteur Laurent PELLETIER

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1 Biologie Cellulaire Chapitre 4 : La communication inter-cellulaire via les récepteurs membranaires Partie 2 Docteur Laurent PELLETIER MED@TICE PCEM1 - Année 2006/2007 Faculté de Médecine de Grenoble - Tous droits réservés.

2 Récepteurs membranaires Récepteurs membranaires Àactivité enzymatique Sans activité enzymatique RTK (RYK) RTP (RYP) Canaux ioniques Couplés Prot G R cytokines

3 Phosphorylation Généralités γ Adénine Groupements phosphate Ribose ATP ADP Protéine kinase Protéine OH Protéine phosphatase Pi H 2 O Protéine O I HO P = O I OH

4 Phosphorylation Généralités Tyrosine (Y) Sérine (S) Thréonine (T) Tyrosine kinases Récepteurs : EGF-R, Ins-R Autres : Bmx, Itk Sérine-thréonine kinases Ex : MAPKs, PKA, PKC

5 Récepteurs à activité TK Mise en évidence de la phosphorylation de protéines in vitro ATP 32 P Na 3 32 PO 4 stimulus - Stimulus - + cellules en culture Extraction protéines Electrophorèse SDS-PAGE + Coloration Autoradiographie

6 Phosphorylation Un interrupteur biochimique

7 Phosphorylation Protéine Kinase A (PK AMPc-dépendante) 5 AMP Phosphodiesterase (PDE) ATP PP AMPc PKA

8 Phosphorylation Protéine Kinase A AMPc PKA Cytoplasme Noyau

9 Phosphorylation Glycogène n+1 Glycogène + UDP-glucose n Glycogène synthase Glycogène synthase syntase P PKA Phosphorylase kinase Phosphorylase kinase P Glycogène phosphorylase Glycogène Phosphorylase phosphorylase P Glycolyse Glycogène n Glycogène n-1 + glucose 1-P

10 Récepteurs membranaires Récepteurs membranaires À activité enzymatique Sans activité enzymatique RTK (RYK) RTP (RYP) Canaux ioniques Couplés Prot G R cytokines

11 Récepteurs à activité TK N Caractères communs Protéines transmembranaires Domaine extracellulaire : N-terminal, glycosylé, riche en cystéines, Site de reconnaissance du ligand Domaine transmembranaire : hélice α, aa C Domaine intracellulaire C-terminal, domaine activité TK, Tyrosines

12 Récepteurs à activité TK

13 Principe d activation

14 Principe d activation P P P P P P

15 Récepteurs à activité TK Mise en évidence de l autophosphorylation Méthode historique : Na 3 32 Na ATP 32 P PO 4 32 PO EGF Lysat cellulaire Electrophorèse + autoradiographie

16 Récepteurs à activité TK Mise en évidence de l autophosphorylation Incubation Ac anti-(egf (EGF-R) EGF EGF receptor receptor EGF receptor Centrifugation Lavage Electrophorèse + autoradiographie

17 Récepteurs à activité TK Mise en évidence de l autophosphorylation UnT EGF EGF-R 170 kda Pi-EGF EGF-R 170 kda

18 Récepteurs à activité TK Principe d activation?

19

20 Récepteurs à activité TK Principe d activation

21 Récepteurs à activité TK EGF-R

22 Récepteurs à activité TK EGF-R Domaines SH = Src homology domains N SH4 SH3 SH2 SH1 C SH1 : Tyrosine Kinase activity SH2 : ptyr-met/val Met/Val-X-Met SH3 : R-X-X-P-X-X-P SH4 : myristylation

23 Récepteurs à activité TK EGF-R SH2

24 Récepteurs à activité TK EGF-R SH3

25 Récepteurs à activité TK Src EGF-R 1911, Peyton ROUS Rous Sarcoma Virus (RSV) Gag, pol, env, src Oncogène, ne, proto-oncog oncogènene V-src,, c-srcc 1956, Nobel

26 Récepteurs à activité TK EGF-R

27 Récepteurs à activité TK EGF-R GRB-2 (Growth Receptor Binding protein) SH3 SH2 SH3 SOS (Son Of Sevenless) RasGEF Pro-rich rich

28 Récepteurs à activité TK EGF-R Ras 21 kda Monomère GTPase GTP / GDP Active / Inactive Proto-oncog oncogènene Ras/GDP

29 Récepteurs à activité TK EGF-R SOS (GEF) GAP GEF : Guanine nucleotide Exchange Factor GAP : GTPase Activating Protein

30 Récepteurs membranaires EGF Récepteur à activité TK membrane Ras GDP Ras GTP GTP Raf MAPKKK P GRB2 SOS MEK P MEK MAPKK ERK1/2 MAPK : Mitogen-Activated Kinase (Kinase ) MEK : MAPK/ERK Kinase ERK : Extracellular signal-regulated Kinase P P ERK1/2 Cytoplasme Noyau MAPK

31 Récepteurs membranaires ATP ADP P ERK MEK P P P ERK SRF : Serum Response Factor SRE : Serum Response Element

32 Récepteurs membranaires Stimulus fact. croiss., mitogènes Stress, cytokines inflammatoires, fact. croiss. Ras Rac/Cdc42 MAPKKK Raf PAK/MLK MLK, TAK, ASK1 MAPKK MEK1/2 MKK4/7 MKK3/6 MAPK ERK1/2 JNK P38 MAPK Thr-Glu-Tyr Thr-Pro-Tyr Thr-Gly-Tyr Effets biologiques Croissance, différenciation, développement Inflammation, apoptose, croissance, différenciation

33 Effets de l activation de Tyrosine Kinase de EGFR Expression de facteurs angiogéniques Angiogenèse* LIGAND fixation EGFR-TK Autophosphorylation EGFR-TK P ras / raf / MAPK voie de transduction de signal Progression dans le cycle cellulaire Prolifération cellulaire* Apoptose Apoptose* Adhésion cellulaire et mobilité Invasion et métastase* * Potential effects of blocking EGFR-TK signal transduction pathways EGFR-TK, Epidermal growth factor receptor - tyrosine kinase

34 Récepteurs à activité TK EGF-R / ras une cible thérapeutique

35 Récepteurs à activité TK EGF-R

36 Récepteurs à activité TK EGF-R

37 Récepteurs à activité TK GF EGF-R - Cross-Talk P PLC PIP 2 DAG GDP Ras Ras GTP membrane IP 3 [Ca 2+ ] RasGRF Cm Ca 2+ -dependent Ras activation Voie PLCγ Voie Ras Cm : calmoduline

38 Récepteurs à activité TK EGF-R

39 Récepteurs à activité TK PI3K = phosphatidylinositol-3-oh kinase Lipide kinase 3 du cycle inositol des phospho-inositides membranaires. PI(4,5)P2 PI (3,4,5)P3 >> PI PI(3)P ; PI(4)P PI(3,4)P2 Hétérodimères res : p110 (110 kda) : Sous-unit unité catalytique p85 (85 kda) : Sous-unit unité régulatrice (2 domaines SH2) An aval PKB (Akt) & PDK (Phosphoinositide( Phosphoinositide-Dependent Kinase) Pleckstrin Homology domain (PH)

40 Récepteurs à activité TK PIP2 PI3K PIP3

41 Récepteurs à activité TK Ins-R IRS : Insulin Receptor Substrate PI3K Grb2/SOS & Ras

42 Récepteurs à activité TK Ins-R

43 Récepteurs à activité TK Ins-R

44 Récepteurs à activité TK Ins-R

45 Récepteurs à activité TK Pathologie Ins-R Défaut dans la voie de signalisation de l insuline Conséquences : Hyperglycémie, Glycosurie, Type 1 Diabète juvénile ou diabète sucré insulino-dépendant (IDDM) Type 2 Diabète sucré non insulino-dépendant (NIDDM)

46 Récepteurs à activité TK EGF-R

47 Récepteurs à activité TK Principe d activation Auto- ou trans-phosphorylation??

48 Récepteurs à activité TK

49 Récepteurs à activité TK EGF En médecine EGR, ErbB, Herceptine et Cie EGF-R / ErbB-1 EGF-R / ErbB-1 EGF-R / ErbB-1 ErbB-2 EGF-R / ErbB-1 ErbB 3 ou 4

50 Récepteurs à activité TK EGFR/ErbB-1 En médecine 30 % des cancers du poumon Agressivité, mauvais pronostic ErbB-2 (HER2/neu) Normal: recepteurs à la surface d une cellule nombreux cancers (cell. épithéliales) récepteurs Cancer du poumon : Agressivité, survie courte Oncogène +++ Orphelin ErbB-3, ErbB-4 EGR, ErbB, Herceptine et Cie

51 Récepteurs à activité TK En médecine EGR, ErbB, Herceptine et Cie Surexpression de ErbB-2 : Immunohistochimie Tumeur du poumon ErbB Tumeur du poumon ErbB-2 +

52 IRESSA (ZD1839) Monotherapy for Non-Small Cell Lung Cancer (NSCLC) Oncologic Drugs Advisory Committee Meeting September 24, 2002 ONCOLOGY

53 IRESSA R R EGF & cellules cancéreuses R R K K K K Gene transcription and cell cycle progression myc cyclin D1 Jun Fos

54 IRESSA R R EGF & cellules cancéreuses R R P P P K K PI3-K P K P K P RAS RAF SOS GRB2 MEK AKT MAPK Inhibition of apoptosis Gene transcription and cell cycle progression Jun Fos myc cyclin D1 Proliferation Angiogenesis Metastasis

55 Mean tumor volume, cm IRESSA Inhibits Growth of A549 Xenograft Tumors (NSCLC) IRESSA 200 mg/kg, po days IRESSA 200 mg/kg, po days Vehicle Day 60 80

56 Récepteurs à activité TK En médecine EGR, ErbB, Herceptine et Cie Herceptin (Trastuzumab) Anticorps monoclonal Humanisé IV ErbB-2 Inhibiteur

57 Récepteurs membranaires Récepteurs membranaires Àactivité enzymatique Sans activité enzymatique RTK (RYK) RTP (RYP) Canaux ioniques Couplés Prot G R cytokines

58 Récepteurs membranaires Cytokines Erythropoïétine (EPO), Interleukines (IL) Granulocyte Colony-Stimulating Factor (G-CSF), Granulocyte Macrophage Colonystimulating Factor (G-CSF), Thrombopoïétine (TPO), Prolactine (PRL), Hormone de croissance (hgh)

59 CSF Flt3L BFU-E CD34 Cellule souche Cellule hématopoïétique pluripotente Erythrocyte Mégacaryocyte Epo Lymphocyte T M-CSF GM-CSF IL3, IL6, IL11, Epo, GM-CSF IL3, GM-CSF, Epo CFU-GM CFU-GEMM Progéniteur myéloïde Eosinophile Cellule dendritique Macrophage Neutrophile Mastocyte Basophile IL2, IL4 Lymphocyte B Progéniteur lymphoïde pré-t IL2, IL4 IL5, IL6 IL7 IL7 IL3 pré-b G-CSF GM-CSF IL3, GM-CSF, IL6 IL3, IL9, IL10 IL3, IL4, GM-CSF IL3, IL5, GM-CSF

60 Récepteurs membranaires EPO-R Erythropoïétine 165 AA ~ 40% glucides Produite par le rein Progéniteurs érythrocytaires Anémie

61 Récepteurs membranaires EPO-R Prolifération EPO Cellule souche BFU-E CFU-E Maturation EPO EPO Réticulocyte EPO Globule rouge

62 Récepteurs membranaires EPO-R

63 Récepteurs membranaires EPO-R EpoR IP : anti-epor WB : anti PY Epo - +

64 Récepteurs membranaires EPO-R JAK JAK P P P JAK P JAK P P JAK = Janus Kinase ou Just Another Kinase

65 Récepteurs membranaires EPO-R Cytosol Noyau STAT P P STAT STAT P P STAT Transcription P JAK P P STAT P JAK P P STAT STAT : Signal Transducing Transcription Activator

66 Récepteurs membranaires EPO-R

67 Récepteurs membranaires EPO-R P JAK JAK P CIS P JAK JAK P CIS P P CIS P P CIS : Cytokine Inducible SH2-containing proteins SOCS : Suppressor of Cytokine Signalling SHP-1 1 : SH2- containing phosphotyrosine Phosphatase -1

68 Récepteurs membranaires Récepteurs membranaires Àactivité enzymatique Sans activité enzymatique RTK (RYK) RTP (RYP) Canaux ioniques Couplés Prot G R cytokines

69 Récepteurs membranaires Récepteur phosphotyrosine phosphatase Substrats cytosoliques, membranaires CD45 / Leucocyte Common Antigen 1 Chaîne transmembranaire. Cell. hémato. & cell. immun.

70 Récepteurs membranaires Récepteurs membranaires Àactivité enzymatique Sans activité enzymatique RTK (RYK) RTP (RYP) Canaux ioniques Couplés Prot G R cytokines Et les autres!

71 Récepteurs membranaires Récepteur guanylyl cyclase Facteur Natriurétique Atrial (ANF) Détection de l extension (stretch) des fibres musculaires des oreillettes prohormone Pro-ANF (126 aa) ANF (28 aa)

72 Récepteurs membranaires Récepteur guanylyl cyclase Mb pl Domaine TK Domaine GC

73 Récepteurs membranaires Récepteur guanylyl cyclase ANF R Guanylyl cyclase cgmp PKG phosphorylations ( GMP (PDE)) Rein : natriurèse (sortie Na + + H 2 O) volume plasmatique Cellules musculaires lisses : relaxation vasodilatation PA

74 Récepteurs membranaires Récepteur guanylyl cyclase

75 Récepteurs membranaires Récepteur guanylyl cyclase The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1998 "for their discoveries concerning nitric oxide as a signalling molecule in the cardiovascular system" Robert F. Furchgott Louis J. Ignarro Ferid Murad USA SUNY Health Science Center Brooklyn, NY, USA USA UCLA School of Medicine Los Angeles, CA, USA USA University of Texas, Health Science Center Dallas, TX, USA

76 Récepteurs membranaires Récepteur Guanylyl cyclase

77 Hanahan and Weinberg Cell 100:57

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