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La Signalisation intracellulaire. Comment les cellules communiquent-elles ? Cellule sécrétrice Cellule cible Molécule de signalisationRécepteur Cellule.

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Présentation au sujet: "La Signalisation intracellulaire. Comment les cellules communiquent-elles ? Cellule sécrétrice Cellule cible Molécule de signalisationRécepteur Cellule."— Transcription de la présentation:

1 La Signalisation intracellulaire

2 Comment les cellules communiquent-elles ? Cellule sécrétrice Cellule cible Molécule de signalisationRécepteur Cellule sécrétriceCellule cible Molécule de signalisationRécepteur

3 Les différents types de récepteurs Les récepteurs membranaires Récepteur membranaire de surface Molécule de signalisation hydrophile Les récepteurs intracellulaires Protéines de transport Molécule de signalisation hydrophobe Récepteur intracellulaire

4 Les différents formes de communications des molécules de signalisation sécrétées La communication paracrine La communication synaptique

5 Les différents formes de communications des molécules de signalisation sécrétées La communication endocrine La communication autocrine

6 Comment la cellule répond elle à ces signaux ? Signaux extracellulaires Différenciation Apoptose Prolifération

7 Les différents types de récepteurs membranaires Les récepteurs ionotropiques Canal ionique enzyme protéine G Enzyme activée Les récepteurs couplées aux protéines G Les récepteurs avec une activité enzymatique Domaine catalytique inactif Domaine catalytique actif

8 Les récepteurs à activité enzymatique intrinsèque Différentes activités enzymatiques intrinsèques ont été mise en évidence : Activité tyrosine kinase (PTK) Ex : le récepteur au PDGF, à lEGF ou les récepteurs aux cytokines Activité sérine/thréonine kinase Ex : le récepteur au TGF Activité tyrosine phosphatase (PTPase) Ex : CD45 Activité guanylate cyclase Ex : Récepteur à lANF (Atrial Natriuretic factor)

9 Quelles sont les étapes de la signalisation ? Facteur de transcription Protéines du cytoplasme Modification de lexpression des gènes Modification du métabolisme, de la structure cellulaire Molécule de signalisation extracellulaire Récepteur membranaire Protéines de signalisation intracellulaires Protéines cibles

10 G2 M G1 S G2 M G1 S G2 M G1 S Réponse de la cellule et cycle cellulaire Mitogènes Agent de différenciation Signaux de mort Prolifération DifférenciationApoptose

11 Les récepteurs à activité tyrosine kinase

12 Famille des Récepteurs à activité Tyrosine Kinase (RTK) D après P Blume-Jensen and T Hunter, Nature 2001: 411, 355

13 Les ligands des RTK Epidermal Growth factor (EGF) Récepteur à lEGF (EGFR) Stimule la prolifération de nombreux types cellulaires Insulin Growth factor (IGF 1 et 2) Récepteur à lIGF1 (IGF1 R) Stimule la croissance cellulaire et la survie Nerve Growth factor (NGF) Récepteur au NGF (NGFR) Stimule la croissance cellulaire et la survie de nombreux neurones Platelet-derived Growth factor (PDGF) Récepteur au PDGF (PDGFR) Stimule la croissance, la survie et la prolifération de nombreux types cellulaires Macrophage-colony stimulating factor (M-CSF) Récepteur au M-CSF (M-CSFR) Stimule la prolifération des monocytes/macrophages et la différenciation Fibroblast Growth factor (FGF) Récepteur au FGF (FGFR) Stimule la prolifération de nombreux types cellulaires et inhibe la différenciation de certains précurseurs cellulaires

14 La dimérisation du récepteur RTK PDGF Dimérisation du récepteur La fixation du ligand induit une dimérisation (ou oligomérisation du récepteur)

15 Lactivation du récepteur RTK PDGF P P P Dimérisation du récepteur Activation de lactivité kinase Autophosphorylation du récepteur La dimérisation du récepteur induit lactivation de lactivité tyrosine kinase du récepteur et ainsi son autophosphorylation

16 Signalisation intracellulaire et phosphorylation Activateur non phosphorylé (non actif) Activateur phosphorylé (actif) KINASE (ajout dun groupement phosphate) PHOSPATASE (élimination dun groupement phosphate) La transduction intracellulaire du signal se fait par un mécanisme de phosphorylations intracellulaires

17 Signalisation intracellulaire et phosphorylation Récepteur phosphorylé et actif Activation de protéines kinases intracellulaires Cascades de phosphorylations intracellulaires

18 Domaines de reconnaissance des résidus tyrosines phosphorylées PP P Phosphorylation de tyrosines du domaine porteur de lactivité kinase Contrôle de lactivité kinase du récepteur Phosphorylation de tyrosines dans des zones non catalytiques Sites de liaison des domaines SH2 (Sarc homology 2) ou PTB (phosphotyrosine binding) présents au sein de nombreuses protéines

19 Interaction tyrosine phosphorylée / domaine SH2 Jaune : récepteur avec la tyrosine phosphorylée (groupement phosphate en rouge) Blanc: domaine SH2 Le phosphate est chargé négativement. Il vient sinsérer dans la poche positive du domaine SH2

20 Activation des voies de signalisation PP P PP P Recrutement de médiateur à la membrane via une interaction domaine SH2/tyrosine phosphorylée Induction de la cascade dactivation intracellulaire

21 Les grandes voies de signalisation induites PDGF P P P Voie des MAP kinases (mitogen- activated protein kinase) Voie de la PI3 kinase/Akt Activation des facteurs de transcription et expression des gènes Prolifération

22 La voie de la PI3-kinase/Akt La protéine PI3-kinase (phosphatidylinositol 3-kinase) est constitué de deux sous-unités : une sous-unité régulatrice, p85: elle contient deux domaines SH2 une sous-unité catalytique p110 PDGF P P P p85 p110 PI3K La PI3kinase est recrutée au niveau du récepteur via les domaines SH2 qui constituent sa sous unité régulatrice

23 Lactivation de la PI3-kinase Lassociation de la PI3- kinase aux tyrosines phosphorylées du récepteur induit une modification conformationnelle de la protéine Activation de la sous- unité catalytique de la PI3-kinase

24 La PI3-kinase phosphoryle les lipides membranaires Les lipides membranaires ainsi phosphorylés jouent le rôle de 2nd messagers

25 Lactivation de la protéine Akt (protein kinase B ou PKB) Les lipides membranaires phosphorylées servent de point dancrage à deux protéines kinase: les phosphoinositide- dependent kinase, la PDK1 et Akt

26 Lactivation de la protéine Akt (PKB) Linteraction se fait via des domaines particuliers appelés domaines PH (domaine Pleckstrin homologie) Linteraction de Akt avec les lipides permet un changement de conformation. Akt peut alors être phosphorylé et donc activé par PDK1

27 Akt induit la prolifération Akt va induire la prolifération cellulaire de différentes façons: il induit lactivation du cycle cellulaire il active des facteurs de transcription qui vont permettent lexpression de gènes impliqués dans la prolifération il bloque lapoptose

28 Akt bloque la dégradation de la cycline D GSK3 P Actif Inactif Akt Cycline D P Ubiquitination et dégradation de la protéine Akt inhibe la phosphorylation de la cycline D en inhibant la kinase GSK3 (Glycogen synthase kinase). Il bloque ainsi la dégradation de la cycline D

29 Akt active le facteur de transcription NF- B NF- B I- B I- B est un inhibiteur du facteur de transcription NF- B Le facteur de transcription reste dans le cytoplasme Akt Phosphorylation de I- B Dégradation de I- B Libération de NF- B NF- B migre dans le noyau et induit lactivation des gènes

30 Rétrocontrôle de la voie PI3-Kinase/Akt PI(4,5)P2PI(3,4,5)P3 Akt PTEN PTEN (Phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10) déphosphoryle les lipides membranaires Décrochage de Akt de la membrane plasmique Inactivation de Akt et arrêt du signal

31 La voie PI3-kinase/Akt et cancers Dans des conditions normales :

32 La voie PI3-kinase/Akt et cancers Dans les gliomes (tumeurs cérébrales), PTEN est inactivé PTEN est un gène suppresseur de tumeur

33 PDGF P P P Voie des MAP kinases Voie de la PI3 kinase/Akt Prolifération Résumé Augmente la quantité de cycline D Active le facteur NF- B

34 La voie des MAPK (Mitogen Activated protein kinase) Chez les Mammifères, la voie des MAPK se divisent en 4 sous-familles: la voie Erk1/2 (extracellular signal-regulated kinase) la voie Jnk (Jun kinase) la voie p38 la voie Erk5 Lactivation de ces différentes voies dépend du type cellulaire et du signal extracellulaire impliqué

35 La cascade dactivation des MAPK Les MAPK sont activées par une cascade de protéines kinases Stimulus Activateur MKKK MKK MAPK Substrat Ras Raf MKK1 Erk1/2 Rac MEKK1 MKK4 Jnk Facteur de croissance Elk1c-jun

36 La voie Erk1/2 PDGF P P P p110 PI3K Pp85 Grb2 sos Domaine SH2 Interaction avec les Ptyr du récepteur Domaine SH3 Interaction avec la région riche en proline de Sos Grb2 est un adaptateur qui permet le recrutement la protéine Sos à la membrane au niveau du récepteur

37 Activation de Ras par Sos PDGF P P P P Grb2 sos ras GDP GTP Inactif Actif Sos est un facteur déchange de nucléotides guanine (GEF) qui permet lactivation de ras

38 Activation de Raf par Ras Inactif actif Lassociation de ras avec Raf modifie linteraction entre Raf et les protéines du cytoplasme Raf adopte une conformation active

39 Ras Rho Rab Arf Ran H-Ras N-Ras K-Ras TC21 Rap1 Rap2 R-Ras RalA RalB RhoA RhoB RhoC RhoG RhoE CDC42 Rac1 Rac2 Rab 1-N Arf 1-6 Ran La Famille des Protéines GTPases Ras. Ras est le Membre Fondateur dune Famille de plus de 70 GTPases. Très conservée: les 164 acides aminés du ras humain et poulet ne diffèrent quà deux positions. La Conservation Témoigne de Fonctions Essentielles à la Cellule. Prolifération Différenciation Cytosquelette Migration Transport Nucléaire

40 Activation de Erk1/2 Raf => MKK1 (Map kinase kinase) Mise en place dun cascade de phosphorylation par des protéines sérine/thréonine kinases Raf actif P P MKK1 actif inactif Erk1/2 Migration dans le noyau de la cellule

41 Erk1/2 induit lexpression de c-fos P Erk1/2 noyau P Erk1/2 Elk1 Facteur de transcription inactif Elk1 P actif Gène c-fos Elk1 P ++ Expression de c-fos

42 La voie des Jnk Ras Raf MKK1 Erk1/2 Rac MEKK1 MKK4 Jnk Facteur de croissance Elk1c-jun Rac comme Ras est une petite GTPase Rac GDP GTP Inactif Actif

43 La voie des Jnk c-Jun N-terminal kinases MEKK1 actif P P MKK4 actif inactif Jnk Migration dans le noyau de la cellule MEKK1 Inactif Rac

44 Comment se fait lactivation de Rac ? Rac GDP GTP actifInactif Vav, Sos Vav et Sos sont des GEF (Guanine nucleoside exchange factor) capable dactiver Rac

45 Comment se fait lactivation de ces GEF ? Il existe différentes voies dactivation Vav possède un domaine PH (domaine Pleckstrin homologie). Il peut ainsi être activé par la PI3-K PIP3 Vav Domaine PH Activation de Vav La voie des MAPK et la voie de la PI3-K sont interdépendantes

46 Comment se fait lactivation de ces GEF ? La phosphorylation de Sos contrôle les interactions avec ces partenaires protéiques Grb2 sos Sos a une activité Ras-GEF activé Activation de Ras et de la voie Erk1/2 sos P Grb2 sos P E3b1 Eps8 Sos a une activité Rac-GEF activé Activation de Rac et de la voie Jnk

47 La voie de Jnk : récapitulatif P P P Activation de la PI3-K Vav sassocie aux lipides phosphorylés Activation de Vav Activation de Rac Activation de la voie Erk1/2 Erk1/2 phosphoryle Sos et bloque son association avec Grb2 Sos sassocie à E3b1 et Eps8 Activation de lactivité Rac-GEF de Sos Activation de la voie Jnk

48 Jnk phosphoryle le facteur de transcription c-jun Une fois activé, Jnk migre dans le noyau ou il induit la phosphorylation de c-jun sur deux résidus sérines

49 Les MAPKs stimulent le facteur de transcription AP1 (adaptor-related protein complex 1) Le facteur de transcription AP1: c-fos cytoplasme noyau P Jnk P P Erk1/2 P c-jun c-fos c-jun P Phosphorylation de c-jun c-fos Induction de lexpression Activation du facteur de transcription AP1

50 AP1 active l expression du gène de la cycline D Gène cycline D - c-fos c-jun P Cycline D Activation du cycle cellulaire

51 PDGF P P P Voie de la PI3 kinase/Akt Prolifération Augmente la quantité de cycline D Active le facteur NF- B Résumé Active le facteur AP1 Induit lexpression de la cycline D Voie des MAPKs Active Jnk Phosphoryle c-jun Active Erk1/2 Induit c-fos

52 Voie des MAPKs et Cancer Dans de nombreux cancers, Ras présentent une mutation ponctuelle, qui le rend constitutivement actif Ras muté et autoactif MAPK toujours actives Prolifération Ras est un ONCOGENE

53 Les récepteurs aux cytokines Les récepteurs aux cytokines nont pas dactivité kinase intrinsèque, ils sont associées à des protéines kinases cytoplasmiques Les cytokines sont des petites protéines qui contrôle la réponse immunitaire. Elles peuvent induire différentes réponses biologiques: inflammation, prolifération ou encore différenciation Les études sur les voies de signalisation suite à une stimulation par les récepteurs aux cytokines ont permis de caractériser la voie Jak/STAT

54 L exemple de lIL-6 IL-6 Dimérisation du récepteur et acivation des protéines Jak Jak Les protéines kinases Jak (Janus kinase) sont constitutivement associées aux récepteurs Jak IL-6 Jak PP Dimérisation du récepteur et acivation des protéines Jak

55 L activation des facteurs STAT3 signal transducer and activator of transcription (STAT) IL-6 Jak PP Stat3 Domaine SH2 Les facteurs de transcription Stat3 sont recrutés au niveau du promoteur via leur domaine SH2 IL-6 Jak PP Stat3 Les protéines kinases Jak phosphorylent les facteurs Stat3 sur un résidu tyrosine P

56 L activation des facteurs STAT3 IL-6 Jak PP Stat3 P noyau P P Stat3 Dimérisation des protéines Stat3 P P Stat3 Translocation nucléaire

57 Les facteurs STAT3 activent lexpression des gènes Gène cible - ++ P P Stat3 Parmi les gènes cibles de Stat3 se trouvent de nombreux gènes impliqués dans la régulation du cycle cellulaire

58 La voie Jak/Stat et Cancer Le facteur de transcription Stat3 est constituvement actif dans de nombreux cancers cDNA Stat3 cis Fibroblaste de souris Transfection Les cellules forment des colonies en milieu agar Les cellules induisent la formation de tumeurs dans des souris nude Les facteurs de transcription STAT3 sont impliqués dans le processus doncogenèse

59 Les récepteurs à activité enzymatique intrinsèque Différentes activités enzymatiques intrinsèques ont été mise en évidence : Activité tyrosine kinase (PTK) Ex : le récepteur au PDGF, à lEGF ou les récepteurs aux cytokines Activité sérine/thréonine kinase Ex : le récepteur au TGF Activité tyrosine phosphatase (PTPase) Ex : CD45 Activité guanylate cyclase Ex : Récepteur à lANF (Atrial Natriuretic factor)

60 Le récepteur au TGF TGF : Transforming growth factor b Le récepteur au TGF est constitué de deux sous unités différentes T R-IIT R-I T R-IIT R-I Domaine intracellulaire à activité kinase ++ Autophosphorylation +- Phosphorylation de lautre sous-unité +- Phosphorylation des Smad -+

61 Lactivation du récepteur au TGF T R-IIT R-I TGF Le TGFb induit un rapprochement des chaines réceptrices P Activation de lactivité kinase de T R-II Phosphorylation et activation de lactivité kinase de T R-I

62 Lactivation des facteurs de transcription Smad P Smad2/3 P P Smad4 Smad2/3 P Smad4 ++ Smad2/3 P Smad4 Hétéro dimérisation Translocation nucléaire Activation de la transcription

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