la signalisation intracellulaire
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La Signalisation intracellulaire. Comment les cellules communiquent-elles ?. Cellule cible. Cellule sécrétrice. Molécule de signalisation. Récepteur. Cellule sécrétrice. Cellule cible. Molécule de signalisation. Récepteur. Les différents types de récepteurs. Les récepteurs membranaires. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
La Signalisation intracellulaire
La Signalisation intracellulaire
Comment les cellules communiquent-elles ?
Cellule sécrétrice Cellule cible
Molécule de signalisation Récepteur
Cellule sécrétrice Cellule cible
Molécule de signalisation Récepteur
Les différents types de récepteurs
• Les récepteurs membranaires
Récepteur membranaire de surface
Molécule de signalisation hydrophile
• Les récepteurs intracellulaires
Protéines de transport
Molécule de signalisation hydrophobe
Récepteur intracellulaire
Les différents formes de communications des molécules de signalisation sécrétées
• La communication paracrine
• La communication synaptique
Les différents formes de communications des molécules de signalisation sécrétées
• La communication endocrine
• La communication autocrine
Comment la cellule répond elle à ces signaux ?
Signaux extracellulaires
Différenciation Apoptose Prolifération
Les différents types de récepteurs membranaires
• Les récepteurs ionotropiques
Canal ionique
enzymeprotéine GEnzyme activée
• Les récepteurs couplées aux protéines G
• Les récepteurs avec une activité enzymatique
Domaine catalytique inactifDomaine catalytique actif
Les récepteurs à activité enzymatique intrinsèque
Différentes activités enzymatiques intrinsèques ont été mise en évidence :
• Activité tyrosine kinase (PTK)
Ex : le récepteur au PDGF, à l’EGF ou les récepteurs aux cytokines
• Activité sérine/thréonine kinase
Ex : le récepteur au TGF
• Activité tyrosine phosphatase (PTPase)
Ex : CD45
• Activité guanylate cyclase
Ex : Récepteur à l’ANF (Atrial Natriuretic factor)
Quelles sont les étapes de la signalisation ?
Facteur de transcription
Protéines du cytoplasme
Modification de l’expression des gènes
Modification du métabolisme, de la structure cellulaire
Molécule de signalisation extracellulaire
Récepteur membranaire
Protéines de signalisation intracellulaires
Protéines cibles
G2
M
G1
SG2
M
G1
SG2
M
G1
S
Réponse de la cellule et cycle cellulaire
Mitogènes
Agent de différenciation
Signaux de mort
Prolifération
Différenciation Apoptose
Les récepteurs à activité tyrosine kinase
Famille des Récepteurs à activité Tyrosine Kinase (RTK)
D ’après P Blume-Jensen and T Hunter, Nature 2001: 411, 355
Les ligands des RTK
Epidermal Growth factor (EGF)
Récepteur à l’EGF (EGFR)
Stimule la prolifération de nombreux types cellulaires
Insulin Growth factor (IGF 1 et 2)
Récepteur à l’IGF1 (IGF1 R)
Stimule la croissance cellulaire et la survie
Nerve Growth factor (NGF)
Récepteur au NGF (NGFR)
Stimule la croissance cellulaire et la survie de nombreux neurones
Platelet-derived Growth factor (PDGF)
Récepteur au PDGF (PDGFR)
Stimule la croissance, la survie et la prolifération de nombreux types cellulaires
Macrophage-colony stimulating factor (M-CSF)
Récepteur au M-CSF (M-CSFR)
Stimule la prolifération des monocytes/macrophages et la différenciation
Fibroblast Growth factor (FGF)
Récepteur au FGF (FGFR)
Stimule la prolifération de nombreux types cellulaires et inhibe la différenciation de certains précurseurs cellulaires
La dimérisation du récepteur RTK
PDGF
Dimérisation du récepteur
La fixation du ligand induit une dimérisation (ou oligomérisation du récepteur)
L’activation du récepteur RTK
PDGF PDGF PDGF
P
P
P
Dimérisation du récepteur
Activation de l’activité kinase
Autophosphorylation du récepteur
La dimérisation du récepteur induit l’activation de l’activité tyrosine kinase du récepteur et ainsi son autophosphorylation
Signalisation intracellulaire et phosphorylation
Activateur non phosphorylé (non actif)
Activateur phosphorylé (actif)
KINASE
(ajout d’un groupement phosphate)
PHOSPATASE
(élimination d’un groupement phosphate)
La transduction intracellulaire du signal se fait par un mécanisme de phosphorylations intracellulaires
Signalisation intracellulaire et phosphorylation
Récepteur phosphorylé et actif
Activation de protéines kinases intracellulaires
Cascades de phosphorylations intracellulaires
Domaines de reconnaissance des résidus tyrosines phosphorylées
P P
P
• Phosphorylation de tyrosines du domaine porteur de l’activité kinase
Contrôle de l’activité kinase du récepteur
• Phosphorylation de tyrosines dans des zones non catalytiques
Sites de liaison des domaines SH2 (Sarc homology 2) ou PTB (phosphotyrosine binding) présents au sein de nombreuses protéines
Interaction tyrosine phosphorylée / domaine SH2
Jaune : récepteur avec la tyrosine phosphorylée (groupement phosphate en rouge)
Blanc: domaine SH2
Le phosphate est chargé négativement. Il vient s’insérer dans la poche positive du domaine SH2
Activation des voies de signalisation
P P
P
P P
P
Recrutement de médiateur à la membrane via une interaction domaine SH2/tyrosine phosphorylée
Induction de la cascade d’activation intracellulaire
Les grandes voies de signalisation induitesPDGF
P
P
PVoie des MAP kinases (mitogen-activated protein
kinase)
Voie de la PI3 kinase/Akt
Activation des facteurs de transcription et expression des gènes
Prolifération
La voie de la PI3-kinase/Akt
La protéine PI3-kinase (phosphatidylinositol 3-kinase) est constitué de deux sous-unités :
• une sous-unité régulatrice, p85: elle contient deux domaines SH2
• une sous-unité catalytique p110PDGF
P
P
P
p85p110
PI3K
La PI3kinase est recrutée au niveau du récepteur via les domaines SH2 qui constituent sa sous unité régulatrice
L’activation de la PI3-kinase
L’association de la PI3-kinase aux tyrosines phosphorylées du récepteur induit une modification conformationnelle de la protéine
Activation de la sous-unité catalytique de la PI3-kinase
La PI3-kinase phosphoryle les lipides membranaires
Les lipides membranaires ainsi phosphorylés jouent le rôle de 2nd messagers
L’activation de la protéine Akt (protein kinase B ou PKB)
Les lipides membranaires phosphorylées servent de point d’ancrage à deux protéines kinase: les phosphoinositide-dependent kinase, la PDK1 et Akt
L’activation de la protéine Akt (PKB)
• L’interaction se fait via des domaines particuliers appelés domaines PH (domaine Pleckstrin homologie)
• L’interaction de Akt avec les lipides permet un changement de conformation. Akt peut alors être phosphorylé et donc activé par PDK1
Akt induit la prolifération
Akt va induire la prolifération cellulaire de différentes façons:
• il induit l’activation du cycle cellulaire
• il active des facteurs de transcription qui vont permettent l’expression de gènes impliqués dans la prolifération
• il bloque l’apoptose
Akt bloque la dégradation de la cycline D
GSK3 GSK3P
Actif Inactif
Akt
Cycline D Cycline DP
Ubiquitination et dégradation de la protéine
Akt inhibe la phosphorylation de la cycline D en inhibant la kinase GSK3(Glycogen synthase kinase). Il bloque ainsi la dégradation de la cycline D
Akt active le facteur de transcription NF-B
NF-B
I-B
I-B est un inhibiteur du facteur de transcription NF-B
Le facteur de transcription reste dans le cytoplasme
Akt Phosphorylation de I-B
Dégradation de I-B
Libération de NF-BNF-B migre dans le noyau et induit l’activation des gènes
Rétrocontrôle de la voie PI3-Kinase/Akt
PI(4,5)P2 PI(3,4,5)P3Akt
PTEN
PTEN (Phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10) déphosphoryle les lipides membranaires
Décrochage de Akt de la membrane plasmique
Inactivation de Akt et arrêt du signal
La voie PI3-kinase/Akt et cancers
Dans des conditions normales :
La voie PI3-kinase/Akt et cancersDans les gliomes (tumeurs cérébrales), PTEN est inactivé
PTEN est un gène suppresseur de tumeur
PDGF
P
P
PVoie des MAP kinases
Voie de la PI3 kinase/Akt
Prolifération
Résumé
Augmente la quantité de cycline D
Active le facteur NF-B
La voie des MAPK (Mitogen Activated protein kinase)
Chez les Mammifères, la voie des MAPK se divisent en 4 sous-familles:
• la voie Erk1/2 (extracellular signal-regulated kinase)
• la voie Jnk (Jun kinase)
• la voie p38
• la voie Erk5
L’activation de ces différentes voies dépend du type cellulaire et du signal extracellulaire impliqué
La cascade d’activation des MAPK
Les MAPK sont activées par une cascade de protéines kinases
Stimulus
Activateur
MKKK
MKK
MAPK
Substrat
Ras
Raf
MKK1
Erk1/2
Rac
MEKK1
MKK4
Jnk
Facteur de croissance
Elk1 c-jun
La voie Erk1/2
PDGF
P
P
P
p110
PI3K
Pp85Grb2 sos
Domaine SH2
Interaction avec les Ptyr du récepteur
Domaine SH3
Interaction avec la région riche en proline de Sos
Grb2 est un adaptateur qui permet le recrutement la protéine Sos à la membrane au niveau du récepteur
Activation de Ras par Sos
PDGF
P
P
P
PGrb2 sos
ras rasGDP GTP
Inactif Actif
Sos est un facteur d’échange de nucléotides guanine (GEF) qui permet l’activation de ras
Activation de Raf par Ras
Inactif
actif
L’association de ras avec Raf modifie l’interaction entre Raf et les protéines 14-3-3 du cytoplasme
Raf adopte une conformation active
Ras Rho Rab Arf Ran
H-RasN-RasK-Ras
TC21
Rap1Rap2
R-Ras
RalARalB
RhoARhoBRhoC RhoGRhoE
CDC42
Rac1Rac2
Rab1-N Arf1-6 Ran
La Famille des Protéines GTPases Ras
. Ras est le Membre Fondateur d’une Famille de plus de 70 GTPases
. Très conservée: les 164 acides aminés du ras humain et poulet ne diffèrent qu’à deux positions
. La Conservation Témoigne de Fonctions Essentielles à la Cellule.
ProliférationDifférenciation
CytosqueletteMigration
TransportNucléaire
Activation de Erk1/2
Raf => MKK1 (Map kinase kinase)
Mise en place d’un cascade de phosphorylation par des protéines sérine/thréonine kinases
Rafactif
P
P
MKK1 MKK1actif
actif
inactif
inactifErk1/2 Erk1/2
Migration dans le noyau de la cellule
Erk1/2 induit l’expression de c-fos
PErk1/2
noyau
PErk1/2
Elk1
Facteur de transcription inactif
Elk1P
actif
Gène c-fos
Elk1P
++ Expression de c-fos
La voie des Jnk
Ras
Raf
MKK1
Erk1/2
Rac
MEKK1
MKK4
Jnk
Facteur de croissance
Elk1 c-jun
• Rac comme Ras est une petite GTPase
Rac
Rac
GDP
GTP
Inactif
Actif
La voie des Jnkc-Jun N-terminal kinases
MEKK1actif
P
P
MKK4 MKK4actif
actif
inactif
inactifJnk Jnk
Migration dans le noyau de la cellule
MEKK1Inactif
Rac
Comment se fait l’activation de Rac ?
Rac RacGDP GTP
actifInactifVav, Sos
Vav et Sos sont des GEF (Guanine nucleoside exchange factor) capable d’activer Rac
Comment se fait l’activation de ces GEF ?
Il existe différentes voies d’activation
• Vav possède un domaine PH (domaine Pleckstrin homologie). Il peut ainsi être activé par la PI3-K
PIP3
Vav Domaine PH
Activation de Vav
La voie des MAPK et la voie de la PI3-K sont interdépendantes
Comment se fait l’activation de ces GEF ?
• La phosphorylation de Sos contrôle les interactions avec ces partenaires protéiques
Grb2 sos
Sos a une activité Ras-GEF activé
Activation de Ras et de la voie Erk1/2
sosP
Grb2
sosP
E3b1Eps8
Sos a une activité Rac-GEF activé
Activation de Rac et de la voie Jnk
La voie de Jnk : récapitulatif
P
P
P
Activation de la PI3-K
Vav s’associe aux lipides phosphorylés
Activation de Vav
Activation de Rac
Activation de la voie Erk1/2
Erk1/2 phosphoryle Sos et bloque son association avec Grb2
Sos s’associe à E3b1 et Eps8
Activation de l’activité Rac-GEF de Sos
Activation de la voie Jnk
Jnk phosphoryle le facteur de transcription c-jun
Une fois activé, Jnk migre dans le noyau ou il induit la phosphorylation de c-jun sur deux résidus sérines
Les MAPKs stimulent le facteur de transcription AP1 (adaptor-related protein complex 1)
Le facteur de transcription AP1: c-fos
cytoplasme
noyau
PJnk
PJnk
PErk1/2
PErk1/2
c-jun
c-fos c-jun
P
Phosphorylation de c-jun
c-fos
Induction de l’expression
Activation du facteur de transcription AP1
AP1 active l ’expression du gène de la cycline D
Gène cycline D
-
Gène cycline D
c-fos c-jun
P
Cycline D
Cycline D
Cycline D
Cycline DCycline D
Activation du cycle cellulaire
PDGF
P
P
P
Voie de la PI3 kinase/Akt
Prolifération
Augmente la quantité de cycline D
Active le facteur NF-B
Résumé
Active le facteur AP1
Induit l’expression de la cycline D
Voie des MAPKs
Active Jnk
Phosphoryle c-jun
Active Erk1/2
Induit c-fos
Voie des MAPKs et Cancer
Dans de nombreux cancers, Ras présentent une mutation ponctuelle, qui le rend constitutivement actif
Ras muté et autoactif
MAPK toujours actives
Prolifération
Ras est un ONCOGENE
Les récepteurs aux cytokines
• Les récepteurs aux cytokines n’ont pas d’activité kinase intrinsèque, ils sont associées à des protéines kinases cytoplasmiques
• Les cytokines sont des petites protéines qui contrôle la réponse immunitaire. Elles peuvent induire différentes réponses biologiques: inflammation, prolifération ou encore différenciation
• Les études sur les voies de signalisation suite à une stimulation par les récepteurs aux cytokines ont permis de caractériser la voie Jak/STAT
L ’exemple de l’IL-6
IL-6
Dimérisation du récepteur et acivation
des protéines Jak
Jak
Les protéines kinases Jak (Janus kinase) sont constitutivement associées aux récepteurs
Jak Jak
IL-6
Jak Jak
PP
Dimérisation du récepteur et acivation
des protéines Jak
L ’activation des facteurs STAT3signal transducer and activator of transcription (STAT)
IL-6
Jak Jak
PPStat3
Domaine SH2
Les facteurs de transcription Stat3 sont recrutés au niveau du promoteur via leur domaine SH2
IL-6
Jak Jak
PPStat3
Les protéines kinases Jak phosphorylent les facteurs Stat3 sur un résidu tyrosine
P
L ’activation des facteurs STAT3
IL-6
Jak Jak
PPStat3 P
noyau
P P
Stat3
Stat3
Dimérisation des protéines Stat3
P P
Stat3
Stat3
Translocation nucléaire
Les facteurs STAT3 activent l’expression des gènes
Gène cible
-
++P P
Stat3
Stat3
Parmi les gènes cibles de Stat3 se trouvent de nombreux gènes impliqués dans la régulation du cycle cellulaire
La voie Jak/Stat et Cancer
Le facteur de transcription Stat3 est constituvement actif dans de nombreux cancers
cDNA Stat3 cis
Fibroblaste de souris
Transfection
Les cellules forment des colonies en milieu agar
Les cellules induisent la formation de tumeurs dans des souris nude
Les facteurs de transcription STAT3 sont impliqués dans le processus d’oncogenèse
Les récepteurs à activité enzymatique intrinsèque
Différentes activités enzymatiques intrinsèques ont été mise en évidence :
• Activité tyrosine kinase (PTK)
Ex : le récepteur au PDGF, à l’EGF ou les récepteurs aux cytokines
• Activité sérine/thréonine kinase
Ex : le récepteur au TGF
• Activité tyrosine phosphatase (PTPase)
Ex : CD45
• Activité guanylate cyclase
Ex : Récepteur à l’ANF (Atrial Natriuretic factor)
Le récepteur au TGF
TGF : Transforming growth factor b
Le récepteur au TGF est constitué de deux sous unités différentes
TR-II TR-I
TR-IITR-I
Domaine intracellulaire à activité kinase
+ +
Autophosphorylation +-Phosphorylation de l’autre sous-unité +-
Phosphorylation des Smad
-+
L’activation du récepteur au TGF
TR-II TR-I
TGF
Le TGFb induit un rapprochement des chaines réceptrices
P
Activation de l’activité kinase de TR-II
Phosphorylation et activation de l’activité kinase de TR-I
L’activation des facteurs de transcription Smad
PSmad2/3
Smad2/3P
Smad2/3P
Smad4
Smad2/3P
Smad4
++Smad2/3
P
Smad4
Hétéro dimérisation
Translocation nucléaire
Activation de la transcription