John Donne1
Le poète anglais du 17e siècle faisait ici référence à l'interconnexion nécessaire des personnes. Tout comme les personnes, les 3,72 trillions de cellules qui composent notre corps sont également interconnectées. En fait, les organismes multicellulaires ont besoin que les cellules communiquent entre elles pour coordonner une ou plusieurs fonctions spécialisées. Les tâches quotidiennes telles que la digestion des aliments, lever les mains et lire cet article, nécessitent la coordination de différents types de cellules. Ce processus de communication cellulaire s'appelle la signalisation cellulaire.
Importance de la communication cellulaire
La communication cellulaire est essentielle pour presque tous les aspects de la structure et de la fonction des cellules. La signalisation cellulaire peut aider à expliquer comment de nombreuses cellules travaillent ensemble pour accomplir une fonction. Par exemple, la signalisation cellulaire est intimement liée à la régulation de la croissance, de la division et de l'énergie des cellules. Un dérèglement de la signalisation cellulaire peut faire perdre à une cellule sa capacité à réguler la division cellulaire, ce qui entraîne la formation d'une tumeur maligne et d'un cancer. Par conséquent, l'étude de la signalisation cellulaire est cruciale pour comprendre la base des maladies humaines et, en fin de compte, la santé humaine.
Le cancer est le résultat d'un dérèglement de la signalisation cellulaire. En général, lorsque les cellules sont endommagées, il y a un signal qui déclenche une mort cellulaire contrôlée appelée apoptose. Cependant, dans le cas d'une cellule cancéreuse, la cellule ne répond pas à ces signaux de mort cellulaire, ce qui entraîne une croissance incontrôlée.
Une cellule qui envoie un signal est appelée cellule de signalisation. Le signal envoyé par la cellule de signalisation est appelé molécule de signalisationextracellulaire ou ligand. La cellule qui reçoit le signal est appelée cellule cible, et elle contient des protéines qui se lient au ligand, appelées récepteurs. Les cellules cibles ne peuvent répondre à un signal que si elles expriment des récepteurs qui peuvent se lier au ligand.
Ce schéma montre les composants de base de la communication cellulaire.
Un ligand ou une molécule de signalisation extracellulaire est un messager chimique libéré par la cellule de signalisation.
Un récepteur est une protéine exprimée sur la cellule cible qui reconnaît et se lie au ligand.
Types de communication cellulaire
Imagine que tu essaies de communiquer avec une personne assise à côté de toi en classe. Tu pourrais chuchoter, lui passer une note ou lui taper sur l'épaule pour attirer son attention. En quoi ton approche serait-elle différente si tu essayais de communiquer avec quelqu'un d'une autre école ? Et si tu essayais de communiquer avec quelqu'un à l'autre bout du monde ?
La distance entre toi et le destinataire change notre façon de communiquer. Si tu essayais de communiquer avec toi-même, tu pourrais prendre une note mentale ou l'écrire sur ton application de prise de notes. En revanche, si tu essayais de communiquer avec quelqu'un à l'autre bout du monde, tu devrais chercher des méthodes alternatives comme Internet.
De même, la distance parcourue par le signal entre les cellules détermine le mode de communication cellulaire. Dans la signalisation autocrine , une cellule communique avec elle-même. Dans la signalisation paracrine , une cellule de signalisation communique avec les cellules cibles voisines. Dans la signalisation endocrine , une cellule de signalisation libère un ligand qui pénètre dans la circulation sanguine pour se lier à des cellules cibles éloignées. En outre, la signalisation directe se produit lorsque des cellules en contact direct communiquent entre elles.
Étapes de la communication cellulaire
Examinons les étapes de la communication cellulaire.
La communication cellulaire : Liaison ligand-récepteur
La première étape de la communication cellulaire est la libération d'un ligand dans l'espace extracellulaire par la cellule émettrice du signal. Les cellules cibles potentielles ne peuvent répondre aux ligands que si elles possèdent des récepteurs appropriés qui peuvent lier le ligand. S'il est compatible, le ligand se lie au domaine de liaison du ligand du récepteur, généralement situé sur la surface extracellulaire ou extérieure de la cellule cible. Une fois que la liaison entre le récepteur et le ligand a lieu, elle déclenche une série de processus moléculaires à l'intérieur de la cellule, appelés transduction du signal, qui déterminent en fin de compte la réponse cellulaire de la cellule cible.
Conseil d'étude : Rappelle que la membrane cellulaire est la limite de la cellule qui sépare le milieu extérieur (espace extracellulaire) de l'intérieur de la cellule (espace intracellulaire).
Communication cellulaire : Changement de conformation du récepteur
La deuxième étape de la communication cellulaire se produit après la liaison ligand-récepteur lorsque le récepteur subit un changement de conformation (un changement de forme) sur son domaine intracellulaire (juste la partie de la protéine tournée vers l'intérieur de la cellule) qui active les enzymes voisines appelées effecteurs.
Leseffecteurs sont des enzymes qui interagissent d'abord avec le domaine intracellulaire du récepteur.
Les effecteurs peuvent ensuite libérer de petites molécules appelées seconds messagers, qui se déplacent dans la cellule en activant ou en inhibant différents processus, provoquant ainsi la réponse de la cellule au ligand initial.
Un exemple est une classe de récepteurs appelés récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Les RCPG sont une classe de récepteurs qui possèdent sept domaines transmembranaires et qui activent des effecteurs appelés protéines de liaison au GTP après la liaison du ligand. Les RCPG sont l'un des récepteurs membranaires les plus courants, ils sont les médiateurs d'une grande variété de processus physiologiques et sont impliqués dans la vision, le goût et l'odorat.
Communication cellulaire : Amplification du signal par les seconds messagers
Une fois l'effecteur activé, la troisième étape de la communication cellulaire commence. Les effecteurs eux-mêmes peuvent libérer de petites molécules appelées seconds messagers. Les seconds messagers sont chargés derelayer et d'amplifier le signal intracellulaire en activant les protéines de la voie de signalisation cellulaire, telles que les protéines kinases. Étant donné qu'un effecteur peut libérer de nombreux seconds messagers et que ces seconds messagers activent des enzymes qui ciblent de nombreuses protéines, des milliers de protéines peuvent être activées à partir d'un seul effecteur. Ce processus de recrutement d'un plus grand nombre de protéines pour augmenter l'intensité du signal est appelé amplification du signal.
Communication cellulaire : Activation des protéines par phosphorylation
Que signifie l'activation d'une protéine ? Au niveau moléculaire, cela signifie qu'un changement de conformation se produit dans la protéine, entraînant une modification de son activité. La phosphorylation (ou déphosphorylation) des protéines est la méthode la plus courante par laquelle un changement de conformation se produit, et donc une protéine est activée. La phosphorylation des protéines est l'ajout d'un groupe fonctionnel phosphate sur un résidu d'acide aminé spécifique de la protéine.
Leskinases sont des enzymes qui catalysent l'ajout d'un groupe phosphate sur les protéines, tandis que lesphosphatases sont des enzymes qui catalysent l'élimination des phosphates dans un processus appelé déphosphorylation.
Il est important de savoir si la phosphorylation conduit à l'activation ou à la désactivation en fonction de la protéine et souvent en fonction de l'acide aminé.
N'oublie pas que la structure et la fonction sont étroitement liées dans les protéines, de sorte qu'un changement de forme (un changement de conformation) entraînera un changement de fonction (activation ou désactivation).
Réponse cellulaire
L'avant-dernière étape de la communication cellulaire est une réponse cellulaire. Après l'amplification du signal, la cellule cible doit subir un changement pour répondre à la cellule de signalisation. Selon la cellule et le ligand, la réponse de signalisation cellulaire peut aller de :
- des changements dans l'expression des gènes
- Réarrangements du cytosquelette
- Mouvement de la cellule
- Croissance ou mort de la cellule
- Ouverture ou fermeture de canaux ioniques
- Libération de signaux chimiques
Communication cellulaire : Terminaison du signal
La dernière étape de la communication cellulaire est la terminaison du signal. Il est essentiel que les cellules aient une régulation étroite des réponses cellulaires et qu'elles puissent s'adapter à différentes conditions environnementales ; par conséquent, le signal doit être terminé. L'une des façons de mettre fin à la signalisation cellulaire est de dégrader le ligand en libérant des enzymes extracellulaires. Il est également possible d'internaliser le récepteur et de dégrader à la fois le ligand et le récepteur.
Diagramme de communication cellulaire
Un diagramme de communication cellulaire montrant toutes les étapes, depuis la liaison ligand-récepteur jusqu'à la réponse cellulaire, est présenté ci-dessous :
Ce diagramme montre comment la communication cellulaire se produit généralement.
Exemples de communication cellulaire
Les exemples de communication cellulaire sont nombreux dans la nature et dans notre corps. Par exemple, les bactéries nocives qui pénètrent dans notre corps contiennent des protéines appelées antigènes sur leur surface cellulaire. Nos cellules immunitaires contiennent des récepteurs pour ces antigènes (ligand), et si une liaison se produit, elle entraîne la destruction de ces bactéries. Ce processus est facilité par un contact direct de cellule à cellule, ce qui constitue un exemple de signalisation directe.
Bien que nous nous soyons concentrés sur les organismes multicellulaires, les organismes unicellulaires ont également recours à la communication cellulaire. Le quorum sensing est un processus utilisé par les bactéries pour contrôler l'expression des gènes en réponse à leur environnement. Lorsque la concentration de bactéries est élevée dans une zone, les bactéries libèrent des ligands chimiques qui agissent sur elles-mêmes et sur d'autres bactéries proches pour faciliter un changement de comportement. Par conséquent, le quorum sensing est une forme de signalisation à la fois autocrine et paracrine.
Enfin, les hormones sont un excellent exemple de signalisation endocrine. Lorsque nous prenons un repas, l'insuline libérée par le pancréas pénètre dans la circulation sanguine pour atteindre les muscles squelettiques, le foie et les cellules adipeuses. L'insuline se lie alors aux récepteurs de l'insuline, ce qui entraîne l'absorption du glucose dans ces cellules cibles.
Communication cellulaire - Principaux enseignements
- La communication cellulaire est importante pour déterminer la fonction et la structure des cellules dans les organismes multicellulaires.
- Un dérèglement de la communication cellulaire peut entraîner la formation d'un cancer.
- La cellule qui libère le signal est appelée cellule de signalisation, tandis que la cellule qui répond au signal est appelée cellule cible.
- Les cellules de signalisation libèrent des signaux par l'intermédiaire de molécules chimiques appelées ligands.
- Seules les cellules cibles dotées de récepteurs capables de se lier au ligand répondent au signal entrant.
- Les trois principaux types de communication cellulaire sont la signalisation autocrine, paracrine et endocrine. La signalisation directe est un sous-type de la signalisation paracrine.
- Les étapes de la transduction du signal sont la liaison ligand-récepteur, le changement de conformation du récepteur, l'amplification du signal, la réponse cellulaire et la fin du signal.
1. John Donne, Aucun homme n'est une île, 1624
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