Réception du signal

Définition de la signalisation cellulaire

Lasignalisation cellulaire est le processus par lequel une cellule réagit à des signaux - typiquement de nature chimique - provenant de son environnement extérieur par l'intermédiaire de récepteurs protéiques. La signalisation cellulaire peut avoir lieu entre les cellules(signalisationintercellulaire) et à l'intérieur de la cellule(signalisationintracellulaire).

Il existe différents types de signalisation cellulaire. Les cellules peuvent libérer des ligands qui se lient à des récepteurs à l'intérieur de la même cellule. Ce processus est appelé signalisation autocrine. Les cellules peuvent également communiquer avec les cellules voisines dans le cadre d'un processus appelé signalisation paracrine. Les cellules d'un organisme peuvent également recevoir des signaux par l'intermédiaire d'hormones provenant de cellules situées dans des parties éloignées du corps. Ce processus est appelé signalisation endocrine.

Trois étapes de la signalisation cellulaire : réception, transduction et réponse

La signalisation cellulaire comporte trois étapes fondamentales:

1. Réception du signal: La cellule détecte un signal lorsqu'une molécule de signalisation appelée ligand se lie à une protéine réceptrice à la surface de la cellule.

2. Transduction du signal: Le ligand reconfigure la protéine réceptrice. Le signal est relayé par chaque molécule qui change la molécule suivante dans la voie.

3. Réponse cellulaire: Le signal déclenche un processus cellulaire spécifique.

Cet article se concentre sur la première étape de la signalisation cellulaire, la réception du signal.

Définition de la réception du signal, des ligands et des récepteurs en biologie.

Laréception d' un signal se produit lorsqu'un ligand se lie à une protéine réceptrice dans ou à la surface de la membrane plasmique. Un ligand est une molécule qui délivre des signaux, tandis qu'un récepteur est une molécule à laquelle un ligand se lie. Lorsque le ligand se lie, les récepteurs déclenchent une réponse physiologique.

Les ligands et les récepteurs ont tous deux un haut niveau de spécificité: en général, un ligand se lie à un récepteur spécifique. Par exemple, les récepteurs des facteurs de croissance lient les facteurs de croissance (et différents sous-types de récepteurs peuvent lier différents types de facteurs de croissance), et les récepteurs de la dopamine lient la dopamine. En plus des signaux chimiques, certains récepteurs peuvent également détecter la lumière, la chaleur, la pression et d'autres stimuli externes.

Types de ligands

Les ligands se présentent sous différentes formes et tailles. Nous parlerons ici des ligands hydrophobes et des ligands solubles dans l'eau.

Petits ligands hydrophobes

Lespetits ligands hydro phobes tels que les hormones stéroïdiennes diffusent directement à travers l'intérieur de la membrane plasmique et interagissent avec les récepteurs internes ou cytoplasmiques. Certaines hormones stéroïdiennes peuvent également se lier à des récepteurs situés à la surface de la cellule.

Lesstéroïdes sont des lipides dont le squelette hydrocarboné comporte quatre anneaux fusionnés, reliés à divers groupes fonctionnels selon le type de stéroïde. La testostérone (l'hormone sexuelle mâle), l'œstradiol (l'hormone sexuelle femelle) et le cholestérol (un élément structurel crucial des membranes biologiques et un précurseur des hormones stéroïdiennes) sont tous des exemples d'hormones stéroïdiennes.

Ligands solubles dans l'eau

Les ligandshydrosolubles sont polaires et ne peuvent donc pas traverser seuls la membrane plasmique. Il existe également des ligands solubles dans l'eau qui sont trop gros pour pénétrer dans la membrane. Ainsi, la plupart des ligands solubles dans l'eau se lient aux récepteurs de la surface cellulaire sur la membrane plasmique, où les signaux extracellulaires sont transformés en signaux intracellulaires. Ce groupe de ligands comprend les peptides et les protéines.

Types de récepteurs cellulaires

Il existe deux types de récepteurs cellulaires : les récepteurs internes et les récepteurs à la surface des cellules. Nous allons également aborder les trois grandes catégories de récepteurs à la surface des cellules.

Récepteurs internes

Récepteurs de la surface cellulaire

Les récepteursde la surface cellulaire couvrent la membrane plasmique, ce qui signifie que chaque récepteur possède des domaines extracellulaires (à l'extérieur de la cellule), transmembranaires (à l'intérieur de la membrane cellulaire) et cytoplasmiques ou intracellulaires (dans le cytoplasme).

Contrairement aux récepteurs internes, les récepteurs de la surface cellulaire doivent convertir les signaux extracellulaires en signaux intracellulaires au cours d'un processus appelé transduction du signal. Les ligands qui se lient aux récepteurs de la surface cellulaire n'ont pas besoin de pénétrer dans la cellule.

Récepteurs des canaux ioniques

Lesrécepteurs protéiques liés aux canaux ioniques fonctionnent en liant un ligand et en ouvrant ensuite un canal à travers la membrane plasmique qui permet à des ions spécifiques de passer (Fig. 1).

Ce type de récepteur à la surface des cellules possède une large région de portée membranaire dans laquelle un canal peut être construit. De nombreux acides aminés de la région transmembranaire sont hydrophobes, ce qui leur permet d'interagir avec les queues d'acides gras des phospholipides qui constituent le cœur de la membrane plasmique.

En revanche, les acides aminés qui tapissent l'intérieur du canal ionique sont hydrophiles, ils peuvent donc laisser passer l'eau ou les ions. Lorsqu'un ligand s'attache à la région extracellulaire du canal, les protéines changent de forme pour permettre l'entrée d'ions tels que le sodium, le calcium et l'hydrogène.

Récepteurs liés aux enzymes

Lesrécepteurs liés à une enzy me se trouvent à la surface de la membrane cellulaire. Certains ont un domaine intracellulaire qui interagit avec les enzymes, tandis que d'autres ont un domaine intracellulaire qui est lui-même une enzyme. La plupart des récepteurs liés à des enzymes ont de grands domaines extracellulaires et intracellulaires, la région qui enjambe la membrane étant constituée d'une seule région alpha-hélique d'un brin de peptide.

Lorsqu'un ligand se lie à la région extracellulaire, un signal est envoyé à travers la membrane, ce qui active l'enzyme. L'enzyme activée déclenche une série de réactions qui aboutissent à une réponse cellulaire.

Les récepteurs liés aux enzymes permettent aux molécules de signalisation d'influencer le fonctionnement de la cellule sans y pénétrer, puisqu'ils interagissent à la fois avec les signaux extracellulaires et les molécules présentes à l'intérieur de la cellule. Ceci est crucial car la majorité des molécules de signalisation sont soit chargées, soit trop grosses pour passer à travers la membrane plasmique.

Récepteurs couplés à la protéine G

Les récepteurs couplésaux protéines G fonctionnent en liant un ligand et en activant un type de protéine membranaire connu sous le nom de protéine G, qui interagit ensuite avec un canal ionique ou une enzyme dans la membrane plasmique. Les protéines G sont constituées de plusieurs sous-unités :

• La sous-unité alpha (Gα) lie et hydrolyse la guanosine triphosphate (GTP).

• Les sous-unités bêta et gamma (Gβγ) inhibent Gα et participent aux réactions de signalisation

Les récepteurs couplés aux protéines G enjambent 7 fois la membrane et contiennent un domaine d'échange de nucléotides de guanine (GEF).

Ainsi, lorsque les récepteurs couplés aux protéines G lient des ligands, le domaine GEF catalyse la Gα pour qu'elle lie le GTP. Le Gα-GTP se dissocie du Gβγ, puis certaines sous-unités Gα stimulent les activités des enzymes suivantes de la série, tandis que d'autres les inhibent (figure 2).

Exemple de réception de signaux en biologie

Un exemple de récepteur lié à une enzyme est le récepteur de la tyrosine kinase (Fig. 3). Une protéine kinase ajoute des groupes phosphates provenant de l'ATP à une molécule de protéine. Le récepteur de la tyrosine kinase transfère les groupes phosphates spécifiquement aux résidus de tyrosine.

Lorsque les molécules de signal se lient à la région extracellulaire de deux récepteurs à tyrosine kinase adjacents, les deux récepteurs subissent une dimérisation. Ensuite, les résidus de tyrosine du domaine intracellulaire des récepteurs subissent une phosphorylation, ce qui leur permet de transmettre le signal au messager suivant dans le cytoplasme.