Réponse Cellulaire

Étapes de la signalisation cellulaire : Réception du signal, transduction du signal et réponse cellulaire

Les cellules répondent aux signaux de leur environnement par un processus appelé signalisation cellulaire, dans lequel une molécule de signalisation appelée ligand se lie à une protéine réceptrice, déclenchant ainsi une réponse cellulaire spécifique.

Le processus de signalisation cellulaire peut être résumé en trois étapes fondamentales:

1. Laréception du signal au cours de laquelle le ligand se lie à la protéine réceptrice.

2. Latransduction du signal au cours de laquelle le signal qui a été transmis par la liaison du ligand au récepteur est relayé par l'activation de molécules, l'une après l'autre, dans une voie de signalisation. Cette étape a lieu lorsqu'un ligand se lie à un récepteur à la surface d'une cellule .

3. Réponse cellulaire dans laquelle le signal déclenche finalement un processus cellulaire spécifique.

Définition de la réponse cellulaire

Laréponse cellulaire peut être définie comme l'étape finale du processus de signalisation cellulaire au cours de laquelle une fonction ou un processus spécifique, tel que la division cellulaire, est initié dans le noyau ou le cytoplasme de la cellule.

De nombreuses voies de signalisation régulent finalement la synthèse des protéines en activant ou en désactivant certains gènes dans le noyau.

• La molécule finale de certaines voies peut fonctionner comme un facteur de transcription qui active les gènes et initie la transcription.

• Dans d'autres voies, la molécule finale peut fonctionner comme un facteur de transcription qui inactive les gènes et inhibe la transcription.

D'autres voies régulent l'activité des protéines plutôt que d'initier ou d'inhiber leur synthèse. Ces voies affectent généralement les protéines qui remplissent leurs fonctions dans le cytoplasme, en dehors du noyau.

Schéma de la réponse cellulaire

La figure 1 ci-dessous présente la réponse cellulaire comme l'étape finale du processus de signalisation cellulaire.

Régulation de la réponse cellulaire

Il existe de nombreuses façons de réguler l'ampleur et la spécificité de la réponse. Dans cette section, nous en aborderons quatre : l'amplification du signal, la spécificité du signal et la coordination de la réponse, l'efficacité de la signalisation et la terminaison du signal.

Amplification du signal

Dans une voie de signalisation, les cascades d'enzymes amplifient la réponse de la cellule à un événement de signalisation. À chaque étape de la cascade, le nombre de molécules activées devient de plus en plus important. En effet, ces protéines sont actives suffisamment longtemps pour digérer de nombreuses molécules de substrat avant de redevenir inactives.

Spécificité des signaux et coordination des réponses

Les cellules réagissent différemment aux signaux. Prenons l'exemple d'une cellule du foie et d'une cellule du muscle cardiaque. Toutes deux sont en contact avec la circulation sanguine, elles sont donc exposées à diverses molécules hormonales et à des régulateurs locaux sécrétés par les cellules adjacentes.

Cependant, la cellule hépatique peut répondre à un signal que la cellule cardiaque peut ignorer, et vice versa. De plus, certains signaux peuvent déclencher des réponses dans les deux types de cellules, mais de façon différente.

Cela s'explique par le fait que les différents types de cellules activent différents ensembles de gènes et de protéines. La réaction d'une cellule à un signal est déterminée par le type de protéines réceptrices du signal, de protéines relais et de protéines qu'elle possède et qui effectueront la réponse.

Efficacité de la signalisation

Pour certaines voies de signalisation, la présence de protéines d'échafaudage augmente l'efficacité de la transduction du signal. Les protéines d 'échafaudage sont de grandes protéines relais auxquelles sont attachées d'autres protéines relais. Dans certains cas, les protéines d'échafaudage peuvent elles-mêmes activer les protéines relais.

Terminaison du signal

Les changements moléculaires dans une voie de signalisation doivent avoir lieu assez rapidement pour que la cellule soit en mesure de répondre aux signaux entrants. Lorsque la concentration des ligands diminue, davantage de récepteurs sont libres de revenir à leur forme inactive.

Une réponse cellulaire n'a lieu que lorsque la concentration des récepteurs liés aux ligands est supérieure à un certain seuil. En dessous de ce seuil, la réponse cellulaire s'arrête.

À leur tour, les molécules relais retournent à leur état inactif de manière spécifique : par exemple, l'AMPc est converti en AMP par l'enzyme phosphodiestérase. Ainsi, la cellule est à nouveau prête à répondre à un nouveau signal.

Exemples de réponses cellulaires

Maintenant que nous avons discuté de ce qu'est la réponse cellulaire et de la façon dont elle est régulée dans la signalisation cellulaire, nous pouvons passer à quelques exemples pertinents. Nous parlerons ici de l'apoptose et de la réponse immunitaire.

Apoptose ou mort cellulaire programmée

Lorsque les cellules sont infectées, endommagées ou proches de la fin de leur durée de vie fonctionnelle, elles peuvent subir une apoptose ou "mort cellulaire programmée".

Lors de l'apoptose, l'ADN est brisé, tandis que les organites et autres composants cytoplasmiques sont fragmentés. La cellule rétrécit alors et devient lobée, un processus appelé "blebbing". Les composants de la cellule sont ensuite regroupés en vésicules, qui sont dévorées et consommées par des phagocytes spécialisés, sans laisser de traces. L'apoptose protège les cellules voisines des dommages qui se produiraient si une cellule mourante déversait simplement tout son contenu.

L'apoptose peut être déclenchée par un signal provenant de l'extérieur ou de l'intérieur de la cellule.

• Lorsqu'une molécule de signalisation externe se lie à un récepteur de la surface cellulaire, des enzymes appelées caspases, qui clivent des protéines spécifiques dans le noyau et le cytoplasme, sont activées. Les caspases, ainsi que d'autres enzymes, réalisent l'apoptose.

• À l'intérieur de la cellule, le signal qui conduit à l'apoptose peut provenir du noyau lorsque l'ADN subit des dommages considérables ou du réticulum endoplasmique lorsqu'il y a un mauvais pliage excessif des protéines.

La mort cellulaire se produit pour de nombreuses raisons différentes. Certaines sont plus simples : par exemple, la mort cellulaire au cours du développement embryonnaire des souris conduit à la formation de doigts individuels à partir de ce qui était initialement une structure en forme de pelle.

Une autre raison de la mort cellulaire pourrait être que le tissu n'est plus nécessaire à l'organisme : par exemple, lorsqu'un têtard se transforme en grenouille, les cellules de sa queue subissent l'apoptose, ce qui entraîne la disparition de la queue.

L'apoptose permet également de réguler la croissance cellulaire dans les tissus adultes. Sans cet équilibre, le tissu se dilaterait ou se contracterait. Supposons qu'une partie du foie d'un rat adulte soit enlevée : les cellules du foie se développent pour compenser la perte. Supposons maintenant que le même foie de rat soit traité avec le médicament phénobarbital, qui stimule la croissance des cellules du foie et finit par faire grossir le foie.

Lorsque le traitement est arrêté, le taux d'apoptose augmente jusqu'à ce que le foie ait retrouvé sa taille antérieure. Cet exemple montre comment la régulation de la mort cellulaire et du taux de croissance cellulaire permet aux organes comme le foie de conserver une taille constante.

Réponse cellulaire du système immunitaire

Comment les cellules du système immunitaire appelées cellules T permettent-elles la réponse du système immunitaire de l'organisme ? Bien que ce mécanisme ne soit pas entièrement compris, les chercheurs ont émis l'hypothèse que lorsqu'un récepteur d'un lymphocyte T reconnaît un antigène tel qu'une protéine virale, il déclenche une réponse immunitaire.

Tout d'abord, le récepteur du lymphocyte T subit des changements de conformation qui partent du site de reconnaissance de l'antigène situé à l'extérieur de la cellule vers un site de signalisation à l'intérieur de la cellule.

Ensuite, une cascade de signalisation est déclenchée à l'intérieur du lymphocyte T, déclenchant diverses réponses cellulaires, notamment le recrutement d'autres cellules immunitaires, la prolifération et la différenciation des lymphocytes T, ou la destruction des cellules infectées ou cancéreuses.