Communications inter-cellulaire
Au début, la vie était sous forme unicellulaire. L’apparition des êtres pluricellulaires implique l’existence de communications.
I.
LES MECANISMES DES COMMUNICATIONS
A. Jonctions GAP
GAP = jonction perméable.
Il existe entre les cellules adjacentes des voies de passage
(appelées aussi jonctions serrées) pour des molécules, ions ou
molécules informationnelles (jusqu’à un poids de 3000 :
peptides).
Ce sont des tuyaux protéiques de quelques dizaines de nm de
diamètre
Les passages se font dans les deux sens grâce aux gradients de
concentration : ces jonctions sont peu sélectives, perméables.
Elles constituent des liaisons de courte portée en général
(sauf au niveau du myocarde : la propagation est très longue
car il existe des milliers de jonction GAP).
B. Les protéines membranaires
Protéines
contact ou protéines reconnaissance. Elles sont enchâssées
dans la membrane. Ces protéines d’adhésion appartiennent à la
superfamille des intégrines. Les contacts intercellulaires
assurent la régulation du développement, de la prolifération,
de la différenciation cellulaire et en particulier de l’arrêt
de la multiplication cellulaire.
Quand le mécanisme ne fonctionne plus, certaines cellules ne
reconnaissent plus le signal d’arrêt de mitose --> cancérisation.
C. Mécanisme paracrine et autocrine
Une cellule produit dans le milieu
extra-cellulaire des substances chimiques qui agissent sur les
cellules voisines ou sur la cellule elle-même.
La régulation des organes commence par la régulation paracrine..
La cellule est délimitée par une membrane contenant des
phospholipides. Si elle est agressée, la membrane est lésée en
premier. Son altération provoque une diffusion de métabolites
lipidiques qui prévient les autres cellules du danger :
mécanisme paracrine ou qui permet à la cellule elle-même de
réagir : mécanisme autocrines.
si on augmente la distance entre cellules, la diffusion est
insuffisante. C’est une communication locale ou régionale.
Les régulations à grande distance font intervenir la voie
endocrine par la circulation et les communications synaptiques
(système nerveux)
D. Mécanisme endocrine
La voie de transport est la circulation. Des cellules sécrétrices libèrent dans la circulation sanguine une molécule qui va agir à distance : c’est une hormone. Son action est systémique (c'est à dire qui concerne l’ensemble des systèmes de l’organisme).
E. Communications synaptiques
C’est la jonction entre la terminaison d’un
neurone et la cellule effectrice avec libération d’un
neurotransmetteur. Il est contenu dans des vésicules à la
terminaison de l’axone et est libéré au voisinage immédiat de
la cellule cible et n’agit que sur celle-ci.
Les mécanismes endocriniens et synaptiques sont
phylogéniquement comparables. Le système endocrinien a une
action systémique et le système synaptique une action locale.
La vitesse est également différente.
| Jonction GAP | Protéine membranaire | mécanisme autocrine et paracrine | Communication endocrine | Communication synaptique |
 |
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| Mise en jeu locale | locale | locale et régionale | systémique | locale |
Schéma des différents types de communications intercellulaires
Quel que soit le mode de communication, les molécules informationnelles appelées ligands vont se fixer sur des récepteurs. La transduction du signal va entraîner la réponse cellulaire.
II. LES LIGANDS NATURELS
Encore appelés endogènes : ils viennent de l’intérieur de l’organisme. Le récepteur est la structure qui lie le ligand. Ce sont les hormones ou les neurotransmetteurs (ou mixtes).
A. Molécules hydrophiles
| Type chimique | famille | Neurotransmetteur | Hormone |
| Acétylcholine Ach | (seul représentant) | ACh | |
|
Amines R-NH2 |
Catécholamines |
Noradrénaline (NA) Dopamine |
Adrénaline (A) |
| Autres |
Histamine (His) Sérotonine (5HT) |
Histamine, Sérotonine | |
|
Acides aminés COOH-R-NH2 |
Inhibiteurs | Glycine, GABA | |
| Excitateurs | a. aspartique, a. glutamique | ||
| Purines |
Adénosine (ADO), AMP, ADP, ATP |
Adénosine | |
| Peptides | Opioïdes | enképhalines, endorphine | |
| Autres | ~ 80 dont Gastrine, CCK... | ~ 80 dont ADH, PTH... | |
|
NO CO |
gaz dissous, très réactif | NO (local) |
L’acétyl choline est le neurotransmetteur de la
motricité (muscles volontaires) et des jonctions
ganglionnaires du système nerveux autonome. Il est le résultat
de la condensation d’un acétate et d’une base, la choline.
Le groupe des amines est dérivé des acides aminés, caractérisé
par la présence d’un radical et d’une fonction amine NH2.
si le radical est benzénique ce sont des catécholamines
NA : Noradrénaline : c’est essentiellement un
neurotransmetteur du système nerveux sympathique (mais
certaines cellules en produisent)
L’adrénaline n’est pas un neurotransmetteur mais une hormone
(hormone du stress, de la vigilance)..
La Dopamine est le précurseur de A et NA.
radical différent :
L’histamine est un neurotransmetteur (digestion) ou une
hormone (inflammation - allergie)
Sérotonine : 5 Hydroxy tryptamine (5HT) : neurotransmetteur ou
hormone
Acides aminés
Inhibiteurs du système nerveux
Le GABA : acide gamma amino butyrique agit dans le cerveau.
Aucune hormone n’est un a.a. natif : nécessité de
l’intervention d’une décarboxylase.
glycine :le plus petit acide aminé.
Excitateurs du système nerveux : ASP et GLU
Purines : bases qui servent à fabriquer des acides nucléiques.
Ce sont les plus volumineuses. C’est surtout l’adénine qui est
utilisée. Elle se fixe à un ribose pour former l’adénosine.
Elle peur fixer un acide phosphorique pour forme l’AMP puis
ADP, ATP. L’AMPc est un messager. Elles sont des transmetteurs
purinergiques. C’est une fonction différente du support
d’énergie qu’elles ont à l’intérieur de la cellule.
L’adénosine est une hormone locale : c’est le plus puissant
vasodilatateur coronaire.
Parmi les peptides :
les endorphines, opioïdes endogènes analogues aux substances
opiacées d’origine végétale. L’organisme en fabrique de très
petites quantités. Ils ont une analogie d’action avec la
morphine : antalgiques et euphorisantes (dans l’effort).
toutes les hormones peptidiques sont aussi des
neurotransmetteurs dans certaines zones du cerveau ou de
l’organisme. (ADH ou vasopressine : hormone de réabsorption de
l’eau).
Gaz dissous : découverte récente. Ils sont de
dosage très difficile (très faible concentration – labiles)
Monoxyde de carbone : substance toxique. A très faible
concentration ils jouent un rôle de neurotransmetteur.
NO monoxyde d’azote. Il lui manque un électron (comme un
radical libre). Puissant vasodilatateur
B.
Substances lipophiles
| Type chimique | famille | Neurotransmetteurr | Hormone |
| Stéroïdes |
Glucocorticoïdes Minéralo-corticoïdes |
Cortisol Aldostérone |
|
| Hormones sexuelles | Testostérone, Androgènes, Œstrogènes, Progestérone | ||
| Thyroïde | T3, T4 | ||
| Eicosanoïdes |
Prostaglandines (PG) Thromboxane (TX) Leucotriènes (LT) |
• Les stéroïdes sont dérivés du cholestérol
• corticostéroïdes.
• hormones sexuelles
• Minéralo-corticoïdes,
Ce sont des hormones et pas des neurotransmetteurs : leur
hydrophobie en est la cause.
• Les hormones thyroïdiennes sont exclusivement des hormones.
• Les eicosanoïdes sont des dérivés d’acides gras en C20 (arachidonate).
Ils sont amphiphiles (simultanément lipophiles et
hydrophiles). Ce sont essentiellement des hormones, à rôle
capital dans les régulations locales : fonctions auto et
paracrine. On n’a pas la preuve qu’ils peuvent être
neurotransmetteurs. Les leucotriènes modulent la fonction des
leucocytes.
III. RECEPTEURS ( NATURE ET MECANISME) - TRANSDUCTION
Les récepteurs sont des structures
moléculaires appartenant à la cellule cible et qui fixent un
ligand de manière spécifique. La liaison récepteur - ligand
est à l’origine de la réponse cellulaire.
On décrit 4 types de récepteurs ayant chacun un mode de
transduction. Les 3 premiers sont adaptés aux molécules
hydrophiles. Si le ligand est hydrophile, soluble dans l’eau,
il ne peut pas traverser la membrane qui est hydrophobe. Il y
a donc nécessité d’un récepteur. C’est une volumineuse
protéine de la membrane. Les stéroïdes (ex : les
minéralo-corticoïdes qui jouent un rôle dans l’équilibre des
ions et de l’eau) sont liposolubles et n’ont pas besoin de
récepteur membranaire : le récepteur est ailleurs.
A.
Canaux ioniques
C’est une grosse protéine qui permet le passage de différents ions. Le canal est aussi le récepteur : il change sa conformation pour former le canal. Il y a essentiellement une variation du potentiel de repos (ordre de la ms). Il n’y a pas d’intermédiaire, la réponse est immédiate, aucune régulation n’intervient. tout ou rien. Ce sont des récepteurs canaux. (Le seul messager agissant par ce système est l’ACTH).
B. Récepteur à médiation par une protéine intermédiaire
L’effecteur est
• un canal ionique : la réponse est une variation du potentiel de
repos
• une enzyme.
la fixation ligand - récepteur donne la réponse finale grâce à
un intermédiaire : les protéines G (protéine à base guanine).
Elles sont capables de lier successivement GTP et GDP. Elles
sont ubiquitaires.
Le complexe ligands - récepteur rend la protéine G active et
elle va agir sur l’effecteur.
Il existe des protéines G inhibitrices et activatrices.
Si l’effecteur final est une enzyme, elle peut agir sur un
substrat qui est l’ATP qui donne l’AMP cyclique et 2
Phosphates. Il y a production d’AMPc qui est un second
messager. Selon le type d’enzyme, il y a différents seconds
messagers. Ils activent des enzymes : les protéines kinases
(qui phosphorylent). Les PK activent d’autres protéines par
phopshorylation. Le résultat est une protéine phosphate. Ces
protéines sont n’importe quelle enzyme cellulaire ou un canal.
C’est une des voies de régulation des canaux. Cela peut être
un récepteur qui va plus ou moins lier le ligand en fonction
de son état de phosphorylation.
Les types de second messager ne sont pas très nombreux :
B.1) Les nucléotides
B.2) Les phospholipides : à base de triglycérol, deux acides gras et une base. Si la base est l’inositol :
(Il y a d’autres types de phospholipases)
B.3)
Ions : le calcium Ca2+
Le temps de réponse est plus long de l’ordre de la seconde : pas
utilisable pour un réflexe musculaire.
les possibilités de régulations sont nombreuses.
C. Le récepteur est l’enzyme
Ce
sont essentiellement les récepteurs à tyrosine kinase.
Ils agissent directement sur les protéines pour les phosphoryler.
Ils phosphorylent les protéines fonctionnelles sur leur résidu
tyrosine. Ces récepteurs sont liés à la croissance et à la
différenciation des organes et des tissus. Le ligand est un
facteur de croissance (hormone de croissance, TGF...). Ils
interviennent principalement pendant le développement prénatal
(régulation génétique et mitotique).
--> ils agissent à long terme et
font l’objet de régulations fines.
Ils vont agir au niveau nucléaire synthèse d’ARNm, activation
des ribosomes….
Ce mécanisme avec déclenchement de synthèse protéique dure de
quelques minutes à plusieurs heures.
D. Ligands lipophiles
A l’inverse des
trois premiers cas où les récepteurs sont sur la membrane car
les ligands sont hydrophiles, ici le ligand est lipophile et
passe la membrane.
Dans le plasma et le LI, ils sont liés à des protéines de
transport plus ou moins spécifiques, qui sont très importantes
dans la médiation.
Le passage membranaire est très facile puisque la membrane est
lipidique : diffusion libre à travers la membrane.
Dans le cytoplasme aqueux, il se lie à un récepteur
intra-cytoplasmique, et le couple (stéroïde - récepteur) migre
au niveau nucléaire. Il se lie au DNA qui code pour la synthèse
protéique : action génomique. Ce mécanisme avec déclenchement de
synthèse protéique (comme le précédent) dure de quelques minutes
à plusieurs heures.
E. Configuration des récepteurs
E.1) Récepteurs à canaux
Ce sont des structures énormes constituées de plusieurs protéines (au moins 4 : tétramère de 4 sous unités α) avec une partie réceptrice sur l’un des 4 édifices. Ils sont à la fois récepteur, transducteur et canal.
E.2) Récepteurs à protéine G
| la
configuration est identique pour tous. Ils sont constitués
d’une chaîne protéique qui traverse 7 fois la membrane : il
y a 7 domaines intra-membranaires (7 zones hélicoïdales)
réunis par des boucles. La partie N terminale est à l’extérieur La partie C terminale, très grande est dans la cellule. Elle subit le contact avec la protéine G. |
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E.3) Récepteurs enzymatiques
| Ils
présentent : • une grosse partie N terminale extra-cellulaire, lieu de fixation de l’hormone • un seul domaine intra-membranaire • une partie intracellulaire C terminale portant la fonction enzymatique. Dans la plupart des cas le ligand se fixe sur 2 récepteurs. Il s’agit quelquefois de 2 récepteurs hétérologues. La fonction enzymatique ne peut pas s’exprimer sur le monomère. |
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E.4) Récepteurs intracellulaires
| La protéine
est sous forme parallélipèdique. On identifie plusieurs
zones : un site de liaison avec l’hormone un site de régulation un site de liaison avec le DNA. le DNA a une structure hélicoïdale. La protéine émet des doigts, des repliements, qui vont enserrer une boucle de DNA, verrouillés par deux atomes de zinc. Cette partie réceptrice est appelée les doigts de zinc. |
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REPRODUCTION COMPLETE OU PARTIELLE INTERDITE