Voies de transduction du signal

Définition de la voie de transduction du signal

Le terme " voie de transduction du signal" est utilisé pour décrire le réseau moléculaire ramifié par lequel les molécules de signalisation sont activées (ou désactivées) de façon séquentielle afin de remplir une fonction cellulaire spécifique. La voie de transduction du signal est déclenchée lorsqu'un ligand se lie à un récepteur à la surface de la cellule au cours de la signalisation cellulaire.

Les trois étapes de la signalisation cellulaire et la voie de transduction du signal

Lasignalisation cellulaire est le processus par lequel une cellule répond aux messages de son environnement extérieur par l'intermédiaire de récepteurs protéiques . Lorsqu'un ligand se lie à un récepteur - uneprotéine qui se trouve à l'intérieur ou à la surface de la cellule cible - un signal est transmis, déclenchant un processus cellulaire spécifique.

Une voie de transduction du signal comporte trois étapes fondamentales :

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

2. Transduction du signal: La molécule de signalisation modifie la protéine réceptrice à la surface de la cellule. Le signal est relayé par chaque molécule qui modifie la molécule suivante dans la voie.

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

Schéma et étapes de la voie de transduction du signal

Le processus de transduction du signal est représenté dans la figure 1 ci-dessous.

Fig. 1. Ce schéma montre les trois étapes de la signalisation cellulaire ou transduction du signal .

Étapes de la signalisation cellulaire : Réception du signal

Lesmolécules qui délivrent les signaux sont appelées ligands, tandis que les molécules de protéines de la cellule auxquelles les ligands se lient sont appelées récepteurs. Lorsqu'un ligand se lie à un récepteur interne, le signal n'a pas besoin d'être transmis à d'autres récepteurs ou messagers. En revanche, lorsqu'un ligand se lie à un récepteur à la surface de la cellule, le signal est transmis à d'autres molécules dans le cadre d'un processus appelé transduction du signal.

Étapes de la signalisation cellulaire : Transduction du signal

Dans une voie de transduction du signal, les seconds messagers, les enzymes et les protéines activées interagissent avec des protéines spécifiques, qui sont ensuite activées dans une réaction en chaîne qui convertit les signaux extracellulaires en signaux intracellulaires et déclenche finalement une réponse cellulaire spécifique.

Les interactions qui ont lieu avant un certain point sont appelées événements en amont, tandis que celles qui ont lieu après ce point sont appelées événements en aval.

La plupart des protéines de la cellule peuvent influencer les processus en aval en fonction des conditions qui règnent dans la cellule. L'interaction de deux ou plusieurs voies de signalisation peut faire en sorte qu'une seule voie se ramifie vers différents points finaux. En outre, les mêmes ligands sont fréquemment impliqués dans la transmission de signaux différents dans différents types de cellules. La différence de réponse est liée aux variations de l'expression des protéines entre les types de cellules. Un autre facteur est l'intégration des signaux des voies, qui se produit lorsque les signaux de deux ou plusieurs récepteurs distincts de la surface cellulaire se combinent pour déclencher la même réponse cellulaire.

Lescascades enzymatiques peuvent également renforcer l'impact des signaux extracellulaires. Le signal peut être initié lorsqu'un seul ligand se lie à un seul récepteur. Cependant, l'activation d'un récepteur lié à une enzyme peut activer plusieurs copies d'un composant de la cascade de signalisation, ce qui amplifie le signal.

En raison de ces complications, une voie de transduction du signal peut être mieux décrite comme un réseau ramifié que comme une chaîne linéaire.

Une fois que le signal est relayé de l'environnement externe de la cellule à la surface interne de la membrane plasmique, il peut emprunter deux voies principales vers l'intérieur de la cellule en fonction du type de récepteur qui est activé, c'est-à-dire par second messager ou par recrutement de protéines.

Par le second messager

Le premier type de récepteur transmet un signal de sa région cytoplasmique à une enzyme adjacente, appelée effecteur, quiproduit un second messager. Les seconds messagers sont de petits médiateurs intracellulaires qui activent ou désactivent certaines protéines. Ils peuvent soit se diffuser dans le cytosol, soit rester incrustés dans la membrane plasmique. Les seconds messagers ont tendance à être plus importants dans la voie de signalisation lorsqu'une réponse rapide et généralisée est nécessaire.

Un exemple de second messager est l'ion calcium (Ca2+) qui, en réponse à un signal, est libéré en grande quantité et diffuse rapidement dans le cytosol. Les ions calcium sont responsables de la médiation et de la coordination de la contraction des cellules musculaires squelettiques. Comme les ions calcium, d'autres seconds messagers hydrosolubles, notamment l'AMPc et le GMPc, se diffusent dans le cytosol. En revanche, les messagers solubles dans les lipides, tels que le diacylglycérol (DAG), diffusent à l'intérieur de la membrane plasmique où se trouvent d'autres protéines de signalisation essentielles.

La signalisation peut être interrompue en éliminant la molécule messagère extracellulaire. Ceci est effectué par des enzymes spécifiques qui détruisent les molécules correspondantes. Il existe également des cas où les récepteurs actifs sont internalisés par la cellule et dégradés en même temps que son ligand.

Exemples de voies de transduction du signal : deux types importants

Maintenant que nous avons abordé les bases de la voie de transduction du signal, passons à des exemples spécifiques de voies de transduction du signal.

Nous parlerons ici de la voie JAK-STAT qui joue un rôle dans la transcription du gène de la caséine pendant la production de lait. Nous parlerons également de la voie Hedgehog qui joue un rôle important dans la différenciation des membres et des neurones chez les vertébrés.

Voie JAK-STAT

Les récepteurskinases sont un type de protéine réceptrice liée à la membrane et capable de phosphoryler (ajouter des groupes phosphates à d'autres protéines). Les récepteurs tyrosine kinases (RTK) sont des récepteurs kinases qui ajoutent des groupes phosphates aux résidus de tyrosine. Les RTK sont activées lorsqu'un ligand se lie à elles, ce qui provoque leur dimérisation (deux molécules formant une liaison chimique), qui active ensuite leur fonction de phosphorylation.

La voie JAK-STAT transmet les informations de la membrane cellulaire au noyau. Elle joue un rôle important dans l'activation du gène appelé caséine lors de la production de lait.

Les protéinesSTAT ( signal transducersand activatorsof transcription ) constituent les facteurs de transcription qui sont phosphorylés par certains récepteurs tyrosine kinases (RTK) tels que ceux de la famille JAK.

Un facteur endocrinien appelé prolactine se lie aux domaines extracellulaires des récepteurs de la prolactine, ce qui entraîne leur dimérisation. Chacun de ces récepteurs est lié à une protéine kinase JAK, et ces protéines JAK étant maintenant réunies, elles peuvent phosphoryler les récepteurs sur différents sites.

Les protéines JAK transforment les récepteurs en RTK. Les récepteurs sont alors prêts à phosphoryler les STAT inactives, ce qui entraîne leur dimérisation. Les dimères formés sont en fait la forme active des facteurs de transcription STAT, ils sont donc prêts à être déplacés vers le noyau où ils se lieront à certaines parties de l'ADN.

Dans le cas de la production de lait, ces facteurs de transcription se lieront aux éléments promoteurs en amont de la caséine, ce qui initiera sa transcription.

La voie Hedgehog

Les membres de la famille des protéines Hedgehog se lient à des récepteurs protéiques appelés Patched. Les protéines Patched se lient à un transducteur de signal, la protéine Smoothened, et l'empêchent de fonctionner.

Si Hedgehog ne se lie pas à Patched, la protéine Smoothened n'est pas active et une protéine appelée Cubitus interruptus (Ci) est attachée aux microtubules de la cellule qui répond. La Ci est clivée lorsqu'elle se trouve sur les microtubules, ce qui permet à un segment d'entrer dans le noyau et de fonctionner comme un répresseur transcriptionnel. Ce segment de la protéine Ci inhibe la transcription en s'attachant aux activateurs et aux promoteurs de gènes spécifiques.

En revanche, si Hedgehog se lie à Patched, la forme de la protéine Patched change de sorte qu'elle n'inhibe plus Smootshened. La protéine Ci entière peut alors se déplacer vers le noyau et fonctionner comme un activateur transcriptionnel des mêmes gènes qu'elle aurait autrement réprimés.

Chez les vertébrés, la voie Hedgehog est cruciale pour la différenciation des membres et des neurones. Les souris qui ont été élevées de façon à être homozygotes pour un allèle mutant de Sonic Hedgehog présentent de graves déformations des membres en plus de la cyclopie, ou le fait d'avoir un seul œil au milieu du front (Fig. 2).

Fig. 2. Image représentant deux types différents de cyclopie.