Transduction du signal

Voie de transduction du signal

Au cours de la transduction des signaux, une cellule libère des signaux. Ces signaux peuvent se présenter sous la forme d'un ligand chimique tel qu'un neurotransmetteur, une hormone ou une molécule^.1

La communication cellulaire peut se faire sur de courtes distances. Les neurotransmetteurs permettent aux signaux de traverser la fente synaptique pour atteindre le neurone voisin et déclencher des changements^.1 De même, les jonctions lacunaires qui relient les cellules voisines entre elles permettent à de petites molécules de signalisation comme le ^Na+ de circuler directement entre les cellules. Mais la communication cellulaire peut aussi se faire sur de longues distances^.1 Cela se fait grâce à l'utilisation d'hormones. Les hormones libérées par les glandes endocrines, telles que les glandes surrénales, se rendent aux cellules cibles par l'intermédiaire de la circulation sanguine^.1 En général, les cellules cibles de ton système endocrinien sont situées dans plusieurs systèmes organiques. Comment un ligand sait-il qu'il a atteint sa cible ? Cela se fait par l'intermédiaire des récepteurs!

Les étapes de la voie de transduction du signal

Presque toutes les voies de communication cellulaire comportent trois étapes: la réception, la transduction du signal et la réponse cellulaire^.1 Au cours d'une voie de communication cellulaire typique, la cellule de signalisation libère son signal dans la matrice extracellulaire. Une fois dans la matrice, le signal se rend à la cellule cible. Les cellules cibles sont dotées de récepteurs à leur surface et/ou dans leur cytosol. Il existe de nombreux types de récepteurs dans le corps humain, chacun ayant ses propres ligands. Par exemple, les récepteurs de la dopamine, comme les récepteurs AMPA, se lient uniquement à la dopamine et amènent les cellules cibles à absorber plus d'ions ^Na+.

Les récepteurs qui transforment les signaux sont classés en quatrecatégories principales:³

1. Récepteurs liés aux enzymes

   • Il s'agit de récepteurs qui s'étendent à travers la membrane plasmique de la cellule cible et qui peuvent fonctionner comme une enzyme ou travailler à l'activation ou à la production d'enzymes.³

2. Récepteurs couplés aux protéines G

   • Ces récepteurs sont liés aux protéines G à l'intérieur de la cellule^.3

3. Récepteurs nucléaires

   • Récepteurs situés à l'intérieur du noyau et dont la fonction est de modifier l'expression des gènes dans la cellule cible^.3

4. Canaux ioniques à ligands

   • Ces récepteurs sont des canaux ioniques qui s'ouvrent ou se ferment lorsque leur ligand est lié à eux. Ces récepteurs sont situés sur la membrane plasmique de la cellule cible.

Lorsque ton corps réagit à des stimuli ou à un agent pathogène envahissant, certaines classes de récepteurs sont activées lorsque certains ligands sont libérés. Une fois activés, ces récepteurs vont déclencher les fonctions nécessaires pour ramener le corps à l'homéostasie (à son état d'équilibre initial) ou pour permettre à ton corps d'accomplir une fonction spécifique. Les récepteurs activés agissent de différentes manières en fonction de leur classe. Par exemple, les récepteurs internes se rendent au noyau pour modifier l'expression des gènes dans la cellule cible^.3 Un changement dans l'expression des gènes peut entraîner la mort de la cellule cible, la production d'un autre signal ou la transformation en une autre cellule (dans le cas des cellules souches).

De même, les récepteurs membranaires tels que les canaux ioniques ligandés fonctionnent en s'ouvrant et en se fermant pour permettre à certains ions comme le ^Na+ ou le ^K+ d'entrer et de sortir de la cellule^.3 De même, les récepteurs couplés aux protéines G provoquent de nombreuses réactions à l'intérieur de la cellule pour produire différentes réponses cellulaires. Les perturbations de la transduction des signaux sont associées à de nombreuses maladies^.3

Il est important de savoir que chaque cellule de ton corps possède de nombreux récepteurs différents, ce qui leur permet de répondre à divers ligands et stimuli. Certains récepteurs sont capables de se lier à plusieurs ligands différents ; par exemple, les récepteurs de la douleur se lient à la fois aux neurotransmetteurs de la douleur et aux ligands que l'on trouve dans les médicaments contre la douleur. La capacité des récepteurs à se lier à différents ligands est la base de la médecine moderne. Elle permet de traiter les maladies et les affections à l'aide de produits pharmaceutiques.

Types de transduction des signaux

Une fois qu'un ligand se lie à un récepteur, une série d'événements doit avoir lieu pour que la cellule cible produise une réponse cellulaire. Ces événements sont connus sous le nom de transduction du signal. La transduction du signal n'a lieu qu'avec les récepteurs membranaires tels que les canaux ioniques ligandés et les récepteurs couplés aux protéines G, car les récepteurs internes sont capables d'interagir directement avec l'ADN de la cellule cible^.3 Lorsqu'un ligand se lie à son récepteur membranaire, il se produit des changements de conformation qui affectent le domaine intracellulaire du récepteur.

Il existe de nombreux types de voies de transduction des signaux qui jouent des rôles différents dans la médiation des réponses cellulaires. Discutons de quelques-unes de ces voies ci-dessous.

Voie de signalisation Akt

La voie de signalisation Akt est connue sous le nom de voie pro-survie. Elle joue un rôle majeur dans la synthèse des protéines, le métabolisme, la prolifération cellulaire et le cycle cellulaire.² Cette voie de transduction des signaux se produit plusieurs fois par jour lorsque ton corps reconstitue les cellules mourantes, métabolise la nourriture et crée de nouvelles protéines pour diverses fonctions corporelles^.2 La voie Akt est un élément essentiel de l'homéostasie. La figure 2 représente l'ensemble de la voie Akt que tes cellules empruntent pour entretenir ton corps. Cette voie peut sembler intimidante au premier abord, mais nous allons la parcourir pour nous assurer que tu la comprends bien. Commençons par le niveau des récepteurs. Les ligands tels que les facteurs de croissance et les cytokines se lient aux récepteurs membranaires à la surface des cellules, ce qui active la protéine kinase 3 (PI3K). L'activation de la protéine kinase 3 déclenche la voie AKT.

L'activation de PI3K entraîne la conversion du phosphatidylinositol-bisphosphate (PIP2) en phosphatidylinositol trisphosphate (PIP3⁾.La PKB/Akt se lie au PIP3 au niveau de la membrane plasmique, ce qui permet à PDK1 d'accéder à AKT et de la phosphoryler^. Cette modification d'Akt est suffisante pour activer mTORC2 qui phosphoryle directement AKT, provoquant l'inhibition de la protéine 2 de la sclérose tubéreuse (TSC2). Rheb forme alors un complexe avec GDP qui est phosphorylé en GTP.² Ensemble, Rheb et CTP activent le facteur de transcription mTORC1. L'activation de mTORC1 modifie l'expression des gènes de la cellule afin de promouvoir la croissance cellulaire, la survie et d'autres mécanismes utiles.²

Tu ne seras probablement pas testé sur l'ensemble de la voie, mais il est bon de revoir chaque étape pour comprendre le nombre de composants nécessaires à la réussite de la transduction des signaux.

La voie de signalisation AMPK

Une autre voie importante est la voie de signalisation AMPK. Cette voie de signalisation est activée en réponse à de faibles niveaux d'énergie (ATP). Les niveaux réduits d'ATP disponible sont causés par le stress, le manque d'oxygène (hypoxie), les chocs thermiques ou d'autres conditions dans lesquelles l'homéostasie est fortement interrompue.² La voie AMPK est responsable de l'activation des enzymes qui restaurent les niveaux cellulaires d'ATP disponible.² Cela empêche les cellules affectées de mourir en raison d'un manque de nutriments. La voie AMPK agit comme une solution temporaire aux faibles niveaux d'ATP. Si celui-ci n'est pas stabilisé en temps voulu, tes cellules mourront.²

Voie de l'apoptose

L'apoptose est la mort cellulaire programmée et elle est essentielle au maintien de l'homéostasie.² Tu te demandes peut-être pourquoi ton corps possède des protocoles d'autodestruction dans son matériel. Eh bien, l'apoptose permet de remplacer les vieilles cellules usées par de nouvelles cellules saines.² La raison pour laquelle tes cellules s'autodétruisent est que les cellules mourantes provoquent une inflammation généralisée dans le corps en libérant des cytokines inflammatoires.

Les cellules mourantes déclenchent la voie de l'apoptose en elles-mêmes. Cela signifie que les cellules mourantes répondent à leurs propres signaux. Une fois que le signal d'autodestruction est libéré, des récepteurs se trouvent à la surface des cellules mourantes.

La transduction des signaux chez les plantes

Une partie importante de la physiologie des plantes est leur capacité à effectuer la photosynthèse. La photosynthèse est un processus crucial pour la survie d'une plante. La façon dont tu conçois la photosynthèse peut être extrêmement large. Je suis l'école Nous apprenons que les plantes exploitent l'énergie du soleil pour créer de l'énergie pour leurs cellules. Mais comment ces plantes collectent-elles l'énergie ? La réponse est la transduction des signaux ! Comme les cellules animales, les cellules végétales mettent également en œuvre des voies de signalisation complexes afin de maintenir l'homéostasie. Prenons l'exemple du plant de pomme de terre.

Lorsqu'un plant de pomme de terre se développe sous terre, il pousse en l'absence de lumière, un processus connu sous le nom d'étiolement.⁴ L'étiolement est un processus puissant car un plant de pomme de terre en développement n'a pas de pigment vert et ne peut donc pas effectuer de photosynthèse. Lorsque le plant de pomme de terre sort de terre et est exposé à la lumière du soleil, il commence à développer un pigment vert sur ses feuilles.⁴ Le processus de développement du pigment vert s'appelle la désétiolation^.4 Comment la désétiolation se produit-elle ?

Lorsque le plant de pomme de terre émerge, la lumière du soleil stimule un récepteur de phytochrome présent dans le cytosol de la cellule végétale.⁴ Le signal est ensuite transmis par l'intermédiaire du GMP cyclique, un second messager qui active la protéine kinase.⁴ Pendant ce temps, les signaux lumineux activent également les canaux calciques sur la membrane de la cellule végétale, ce qui permet au calcium de se précipiter dans la cellule et d'activer une autre protéine kinase.⁴ L'activation de ces deux kinases entraîne la phosphorylation des facteurs de transcription, ce qui modifie l'expression des gènes de la plante et la fait devenir verte en développant les protéines nécessaires à la réalisation de la photosynthèse.⁴ La figure 3 illustre le processus de détiolisation.