Interactions cellules-cellules et Signalisation

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1 PCEM2- Biochimie-Biologie Cellulaire Module I Interactions cellules-cellules et Signalisation Germain Trugnan le plan 1. Introduction. CHU Saint-Antoine Rappel sur les jonctions communicantes : structure composition et fonctions 3.2. Signalisation associée avec les jonctions communicantes 3.3. Physiopathologie des jonctions communicantes Introduction 1. Introduction Exemple de l intestin grèle Feuillet épithélial Tissu conjonctif cellule épithéliale Matrice extracellulaire fibroblaste Jonction serrée Jonction adhérente Desmosomes Occludines claudines Cadhérines CAM cadhérines CAM Couches musculaires Tissu conjonctif Feuillet mésothélial Cellules musculaires lisses cellule mésothéliale Jonction de type gap Connexines Il existe également des contacts non jonctionnels intégrines sélectines Les contacts non jonctionnels peuvent initier des adhérences intercellulaires spécifiques qui pourront être stabilisées ensuite par des complexes jonctionnels 3 4

2 1. Introduction Cellules occludines 1. Introduction ions Hormones hydrophile : bombésine hydrophobe : oestrogènes Facteurs inhibiteurs de croissance. ex : TGF! claudines cadherines TGF!R connexines Facteurs de croissance ex : TGF" Matrice extracellulaire intégrines Facteurs de croissance modification de l expression des gènes ER-Golgiendosomes ex : TGF" lysosomes RTK modification de l expression des gènes Facteurs inhibiteurs de croissance. ex : TGF! Facteurs de survie ex : IGF1 Tumorigénèse Anomalies du développement Facteurs de mort ex : FasL hormones hydrophiles 7-TMR hormones lipophiles modification de l homéostasie cellulaire RTK Facteurs de survie ex : IGF1 ions Cellules etc Matrice extracellulaire canal médicaments cytosol noyau Inflammation et fibrose modification de l homéostasie cellulaire Fas mitochondrie Pgp Facteurs de mort ex : FasL Pr G. TRUGNAN, UPMC, CHU St-Antoine 5 Cellules et tissus Information entrante Information sortante 6 Pr G. TRUGNAN, UPMC, CHU St-Antoine le plan 1. Introduction. Espace intercellulaire Addition d un «!traceur!» Au pôle apical Au pôle basolatéral Cryo-fracture Protéines intra-membranaires formant la jonction serrée Occludine Claudines 3.1. Rappel sur les jonctions communicantes : structure composition et fonctions 3.2. Signalisation associée avec les jonctions communicantes 3.3. Physiopathologie des jonctions communicantes Membranes plasmiques de cellules adjacentes 7 T.E.M T.E.M 8

3 Deux familles de protéines constituent l armature des jonctions serrées : occludine et claudines occludine et claudines sont des protéines à 4 domaines transmembranaires possédant des sites d interaction : -homotypique du côté extracellulaire - hétérotypiques, avec de nombreuses protéines du côté cytoplasmique 9 La transmission des informations par les contacts cellules-cellules dans les jonctions serrées est assurée par un vaste ensemble de protéines de fonctions multiples. Interaction avec oncogènes (ras) Facteurs nucléaires Protéine de trafic et d adressage Protéine de la fusion vésiculaire Moteur moléculaire Protéines du cytosquelette Interrupteurs moléculaires Protéines des voies de transduction symplekine ASIP Sec6/8 Myosine Gi 7H6 rab3b rab13 BAP-1 AF-6 ZAK ZO1 ZONAB cinguline PKC ZO-2/3 actine VAP JAM Espace intercellulaire Claudines ZO1 Occludine MAGUK proteins Domaines PDZ 10 Régulation physiologique de la perméabilité péricellulaire Régulation de l expression d oncogènes : ZO1-ZONAB et erbb2 Cellules à basse densité Cellules à haute densité ZO1 ZONAB basal pas d effet ErbB2 L entrée de Na + et glucose ou acides aminés peut modifier la concentration de puis l état de phosphorylation des éléments du cytosquelette et conduire à une contraction permettant l ouverture transitoire de la jonction serrée. 11 Surexpression de ZO1 Surexpression de ZONAB ErbB2 plus d effet ErbB2 ErbB2 12

4 Schéma de principe d une jonction d ancrage Cytosquelette : actine ou filament intermédiaire le plan 1. Introduction. NB 1 : le même schéma s applique pour les jonctions d ancrage intercellulaires et les jonctions d ancrage cellules-matrice. NB 2 : toutes les jonctions d ancrage sont connectées au cytosquelette Rappel sur les jonctions communicantes : structure composition et fonctions 3.2. Signalisation associée avec les jonctions communicantes 3.3. Physiopathologie des jonctions communicantes Il existe plusieurs types de jonctions d ancrage a/ jonctions impliquant des cadhérines Jonctions adhérentes Desmosomes b/ jonctions impliquant des CAM de la superfamille des Ig (IgSF) Domaines de liaison au Les cadhérines protéines majeures des jonctions adhérentes Protéines d attachement des jonctions adhérentes impliquant l actine Les cadhérines assurent l adhérence cellulaire dépendante du NH 2 Plusieurs types de cadhérines : E (= uvomoruline) : épithélia, N : tissu nerveux, cœur P : placenta, épiderme c/ jonctions impliquant des sélectines et leurs récepteurs * Haute spécificité due à la nature des interactions : carbohydrates * spécialisées dans les interactions leucocytes-endothélium d/ jonctions impliquant des intégrines En général plutôt interaction avec ECM, mais quelques intégrines interagissent avec des IgSF Domaine extracellulaire CYTOSOL! # " X Rôle majeur dans l adhérence Rôle majeur dans la morphogénèse Liaison de type homophile Schéma d une molécule de cadhérine classique Liaison homophile Liaison héterophile 15 Liaison par lien extracellulaire 16

5 les desmosomes sont des jonctions d ancrage impliquant des filaments intermédiaires signalisation par la! caténine Le rôle essentiel des Les desmosomes sont des points de contact intercellulaire en forme de bouton-pression Dans l épithélium les desmosomes sont localisés sous les jonctions serrées et les jonctions adhérentes NH2 Domaines de liaison au #! " T.E.M signalisation par la! caténine signalisation par la! caténine Dans les conditions normales, la! caténine cytoplasmique est phosphorylée par un complexe multiprotéique. Le rôle essentiel de la! caténine : il existe un pool cytoplasmique de! caténine NH2 Domaines de liaison au 18 TCF est un facteur transcriptionnel agissant sur les s de gènes impliqués dans la prolifération et la différenciation cellulaire NH2 Domaines de liaison au #! #! "X "X 19 20

6 signalisation par la! caténine La phosphorylation de la! caténine cytoplasmique permet sa dégradation par le protéasome et bloque ainsi son rôle de facteur transciptionnel Domaines de liaison au NH signalisation par la plakoglobine (# caténine) La plakoglobine se comporte d une manière très similaire à la! caténine Cadhérines spécifiques des desmosomes (desmogléine, desmocoline)! # " X 21 Plaque cytoplasmique de protéines d attachement -plakoglobine, (homologue des : caténine #) -Desmoplakines altérations de la voie de dégradation de la! caténine altérations de la voie de dégradation de la! caténine Des mutations sur le gène APC sont retrouvées - dans une catégorie de cancers familiaux du colon - au cours de l évolution de nombreux cancers sporadiques du colon Il existe des voies inhibitrices de la GSK3! : la voie de signalisation wnt. En l absence d APC fonctionnel : La! caténine active le facteur TCF Le complexe! caténine/tcf va activer la transcription de gènes cibles (possédant une séquence de liaison du complexe). Ce mécanisme est à l origine de phénomènes physiologiques (réparation) et pathologiques (cancers) Des molécules wnt solubles (sécrétés) interagissent avec un récepteur membranaire : frizzled (Frz) qui active une protéine intracellulaire, dishelved (Dsh) qui inhibe la GSK. La! caténine n est plus phosphorylée et n est plus adressée au protéasome. L activation de cette voie wnt est mise en œuvre au cours du développement normal et dans des pathologies tumorales 23 24

7 altérations des cadhérines le plan 1. Introduction. Dans de nombreux cancers (et dans certains processus physiologiques du développement), la E-cadhérine est remplacée par la N-cadhérine qui ne possède pas les mêmes capacités à former des jonctions adhérentes fonctionnelles Rappel sur les jonctions communicantes : structure composition et fonctions 4.2. Signalisation associée avec les jonctions communicantes 4.3. Physiopathologie des jonctions communicantes Rappel sur les jonctions communicantes : structure composition et fonctions Les jonctions communicantes (gap) permettent le passage de petites molécules 4.1. Rappel sur les jonctions communicantes : structure composition et fonctions Les jonctions communicantes (gap) sont constituées par des connexons Introduction de molécules fluorescentes de taille variable injectées dans la cellule 1 Seules les molécules de PM < 1000 sont observées dans la cellule 2 cellule 1 cellule 1 cellule Les jonctions communicantes (gap) ont une morphologie caractéristique Canal intercellulaire : connexons couplés sur deux de cellules adjacentes cellule 2 connexon jonction gap «!longue!» s jonction gap «!courte!» T.E.M Cryo fracture 27 28

8 4.1. Rappel sur les jonctions communicantes : structure composition et fonctions Les connexons sont composés de connexines (protéines) (2) Il existe de nombreuses connexines, qui sont partiellement spécifiques des tissus dans lesquels elles sont exprimées 4.2. Signalisation associée avec les jonctions communicantes la signalisation dépend des molécules transportées Un changement de conformation des connexines permet l ouverture ou la fermeture de la jonction Une connexine possède 4 domaines transmembranaires homomérique hétéromérique Un connexon est formé par 6 connexines identiques (homomérique) ou différentes (hétéromériques) ph bas élevé ph élevé bas homomérique hétéromérique Un canal intercellulaire est formé par la juxtaposition de 2 connexons 29 Exemple 1 : dans une cellule endommagée, la devient perméable, les ions extracellulaires (Na et Ca) entrent facilement dans la cellule. La forte concentration en Ca intracellulaire entraîne la fermeture immédiate (< 1 seconde) des gap junctions, évitant de perturber le métabolisme des cellules voisines. Exemple 2 : la dopamine agit par son récepteur membranaire en augmentant la concentration intracellulaire d AMPc. Cette augmentation entraîne la fermeture des gap-junctions. C est ce phénomène qui est à l origine de l adaptation de la rétine à la lumière. Un fort éclairement des neurones de la rétine produit une augmentation de la production de dopamine et une fermeture des gap junctions des neurones sensibles. Ceci permet l activation des cellules en cônes qui fonctionnent bien avec une forte illumination et l inhibition des cellules en batonnets Signalisation associée avec les jonctions communicantes la signalisation dépend des molécules transportées 4.2. Signalisation associée avec les jonctions communicantes la signalisation dépend des protéines partenaires des connexines Facteur exogène (drogue, toxique etc ) ligand Communication extracellulaire Cibles : - prolifération - différenciation - apoptose - métabolisme Jonctions d ancrage Jonctions serrées récepteur Communication intracellulaire Parmi les molécules transportées - - camp - H + Communication intercellulaire (jonctions communicantes =gap) 31 32

9 4.3. Physiopathologie des jonctions communicantes conclusion connexines Wnt Frizzled Matrice extracellulaire Facteurs de croissance ex : TGF" RTK Cellules intégrines Les contacts cellules-cellules génèrent de nombreuses voies de signalisation qui contrôlent des fonctions cellulaires essentielles. claudines cadherines occludines ER-Golgiendosomes lysosomes modification de l expression des gènes Facteurs inhibiteurs de croissance. ex : TGF! TGF!R Contrôles physiologiques Dans l ovocyte, les cellules de différents types communiquent entre elles par l intermédiaire de différentes gap junctions. Une mutation sur la connexine 37 est à l origine d une infertilité congénitale. C est également une mutation sur une autre connexine (Cx26) qui est à l origine d un grand nombre de cas de surdité congénitale. 33 hormones hydrophiles 7-TMR hormones lipophiles RTK Facteurs de survie ex : IGF1 ions canal médicaments Pr G. TRUGNAN, UPMC, CHU St-Antoine Pgp modification de l homéostasie cellulaire mitochondrie noyau Dérèglements pathologiques cytosol Fas Facteurs de mort ex : FasL les desmosomes contiennent des protéines spécifiques Cadhérines spécifiques des desmosomes (desmogléine, desmocoline) Les desmosomes sont des structures complexes impliquant de nombreuses protéines de nature différente FI Plaque cytoplasmique de protéines d attachement -plakoglobine, (homologue des : caténine #) -Desmoplakines Espace intercellulaire Membranes plasmiques Les desmosomes sont connectés aux filaments intermédiaires (FI). Dans les cellules épithéliales, ces FI sont constitués de kératines. Dans les cellules cardiaques les FI sont constitués de desmine 35