Biochimie de la transduction des signaux cellulaires Master 1 Sciences,Technologies, Santé Biochimie de la transduction des signaux cellulaires Partie 1 Diversité des systèmes de signalisation intracellulaire M.T. Thébault

Comment les cellules communiquent-elles? Procaryotes Eucaryotes Molécule informative récepteur Molécule informative Cellule de transmission Cellule cible

Le devenir d’une cellule dépend de l’intégration de différents signaux survie division différentiation apoptose

La transduction du signal Molécule signal Récepteur Milieu extracellulaire Membrane plasmique Milieu intracellulaire Traduction Réponse cellulaire

Les systèmes à un composant Ex : Le système DmpR bactérien Milieu extracellulaire Membrane A Entrée Sortie : Liaison à l’ADN C ATP Milieu intracellulaire

Les systèmes à deux composants Reposent sur la phosphorylation de protéines Protein kinase

Structure du premier composant Domaine senseur Domaine transmetteur C N Transmembranaire (hydrophobe) - Périplasmique - Capteur du stimulus - Facilite l’autophosphorylation de la partie C-terminale Séquence conservée Cytosolique Contient le résidu His phosphorylable

Structure du 2ème composant Boîtes Domaine récepteur Domaine régulateur N C Contient le résidu Asp phosphorylable Transmet le signal à la cible

Fonctionnement du système H : His D : Asp ATP

Un exemple : CheY Un domaine ab constitué de 5 feuillets b alternant avec 5 hélices a. 3 résidus hautement conservés : 2 Asp et 1 Lys

En résumé HK RR Domaine senseur Domaine transmetteur Domaine récepteur Domaine régulateur HK RR

Les cibles du deuxième composant Les RR sont souvent des protéines qui se fixent sur l’ADN (activation de la transcription) Domaine effecteur Domaine récepteur Les RR se fixent aussi sur des protéines (activation de seconds messagers)

Relation diversité et fonction des systèmes 1 composant A Entrée Sortie : Liaison à l’ADN C ATP Milieu intracellulaire Milieu intracellulaire Milieu extracellulaire 2 composants

La régulation des porines La régulation des porines OmpF et OmpC HK + phosphatase RR + micF

Le chimiotactisme La nage orientée Mouvement au hasard Mouvement orienté

domaine périplasmique Le récepteur du signal effecteur domaine périplasmique (résidus Gln ou Glu) Ces chimiorécepteurs sont les MCP (Methyl-accepting Chemotaxis Proteins)

Méthylation - déméthylation des récepteurs Le côté externe reconnaît spécifiquement un ou plusieurs produits. Le côté interne subit une méthylation ou une déméthylation, par 2 protéines antagonistes CheR et CheB. CheR est une méthylase CheB est une déméthylase CH3 CheR CheB

La régulation de la réponse 2 régulateurs de la réponse (commande la réponse) (déméthylase)

La réponse Entrée Transduction du signal Sortie : sens de rotation Mouvement en sens inverse des aiguilles d’une montre : nage Inversion du sens de rotation : culbute CheY Sortie : sens de rotation

L’autokinase CheA CheA comprend 5 domaines. Elle forme un dimère. MCP CheA comprend 5 domaines. Elle forme un dimère. CheW HK Chaque dimère lie 2 récepteurs, par l’intermédiaire d’une protéine CheW. D’après Stock et Levit, Current Biology, 2000

Le système Pho Ex: E. coli 2 HK 1 RR

Le système Arc Système à kinase « hybride » Détermine l’adaptation réversible de la cellule bactérienne à l’anaérobiose. Son activation entraîne : La répression du cyt O et d’enzymes du cycle de Krebs inhibition de la respiration aérobie L’activation de la respiration anaérobie et de la fermentation

Les 2 composants Un capteur – kinase ArcB Une protéine régulatrice ArcA Domaine transducteur primaire Domaine récepteur Domaine transducteur secondaire

Le fonctionnement du système anaérobiose aérobiose En anaérobiose, ArcB s’autophosphoryle et phosphoryle ArcA sur un résidu Asp, par l’intermédiaire de His292, puis de Asp576, puis de His717 (lactate) En aérobiose, l’auto-phosphorylation de ArcB est inhibée par les quinones D’après Kwon et al., J. Biol. Chem., 278, 13192-13195 (2003)

Le déclenchement de la sporulation L’induction de la sporulation L’endospore est formée au cours d’une série d’étapes.

Le fonctionnement du système Ex : Bacillus subtilis Phosphorelais D’après Hoch, in « Two-componant signal transduction », 1995