Communication-cellulaire-mixte-1 PDF

Preview

Summary

cell communication...

Description

Communication cellulaire Toutes les cellules communiquent Mécanismes conservés Tous les organismes se doivent de détecter les signaux dans leur environnement et de réagir en conséquence, afin d’être en mesure d’éviter les prédateurs, de s’accoupler, et d’acquérir des éléments nutritifs ● Les organismes unicellulaires accomplissent ceci en détectant les produits chimiques extracellulaires, qui, par exemple, peut être diriger vers une source de nourriture, ou loin des prédateurs. Le signal extracellulaire est détecté, l’information est traitée dans la cellule, et la cellule formule alors la réponse appropriée. ● Les organismes multicellulaires tels que les humains ressentent et réagissent à l’environnement aussi. o Par exemple, s’il fait chaud, on transpire. Si nous sentons la nourriture, nous salivons. Et lorsque nous approchons d’un feu rouge, nous arrêtons la voiture. Les réponses d’un organisme unicellulaire et d’un organisme multicellulaire à des stimuli environnementaux peuvent apparaitre complètement différentes, mais le concept sous-jacent est le même. ● La principale différence est que, dans les organismes multicellulaires, il y a une division du travail entre les cellules. Certaines cellules sont responsables de la détection, certaines pour interpréter l’information et d’autres pour répondre. ● Cette détection, interprétation et modulation de la réponse chez les organismes multicellulaire, existent aussi de façon simultanée au niveau de chaque cellule. o Autrement dit, chaque cellule peut également détecter les signaux provenant d’autres cellules, de traiter cette information et générer une réponse. C’est donc l’effet combiné et intégré de cette communication au niveau cellulaire entre toutes les cellules du corps, qui donnent lieu à la réponse multicellulaire auxquelles nous associons la transpiration, la salivation ou le mouvement des muscles. ● Quand on regarde la communication de cette façon, nous voyons que chaque cellule dans un organisme multicellulaire détecte les signaux, interprète les informations et provoque une réponse, d’une manière similaire à celle d’un organisme unicellulaire. Il y a une différence importante cependant. Bien que l’objectif d’un organisme unicellulaire soit la survie de la cellule, l’objectif d’un organisme multicellulaire est la survie de l’organisme. Cela signifie que les cellules dans un organisme multicellulaire ne travaillent pas pour leur survie individuelle, mais plutôt pour la survie de l’organisme multicellulaire. Essentiels ● Détection de métabolite dans l’environnement ● Détection du quorum microbien (important) ● Chimiotaxie ● Régulation hormonale ● Contraction musculaire 1

● ● ● ● ● ●

Reconnaissance du Soi Apoptose : mort cellulaire programmée Survie Croissance Différenciation Synthèse de l’ADN

Comment les cellules communiquent Molécules de signalisation Comme vous pouvez l’imaginer, il y a une multitude de différentes molécules de signalisation utilisées dans les organismes multicellulaires à des fins différentes. ● Celles-ci comprennent des protéines, des peptides, des acides aminés et dérivés, y compris le glutamate, la glycine, l’acétylcholine, la dopamine, l’épinéphrine, et l’hormone de la thyroïde, ainsi que des nucléotides, des stéroïdes, des dérivés d’acides gras, les eicosanoïdes, et même les gaz dissous tels que l’oxyde nitrique. Chaque molécule de signalisation est reconnue par un récepteur spécifique d’une cellule cible spécifique. Le récepteur sur la cellule cible convertit le signal extracellulaire en un signal intracellulaire. ● Ce signal intracellulaire déclenche des évènements à l’intérieur de la cellule telles que l’activation ou la désactivation de certaines protéines, ce qui conduit éventuellement à une réponse. La particularité de la réponse dépendra de la molécule initiale de signalisation, le récepteur, les évènements intracellulaires, et le type de cellule. Vue d’ensemble de la communication cellulaire Lorsque la cellule communicante libère son messager, celui-ci devra: 1.Être reçu par la cellule cible (Réception) - Par un récepteur, qui est souvent dans la membrane externe - Pour savoir ce qui se passe à l’extérieur de la cellule, toujours des protéines, peut être à l’intérieur et aussi à l’extérieur de la cellule - Différents affinité pour certaines molécules selon les différents récepteurs, 1 molécule spécifique par récepteur - Récepteur change de conformation lors de la liaison au substrat -Affinité lors du changement de conformation change l’affinité avec d’autre molécules à l’intérieur de la cellule (de nouvelle fonction sont maintenant possible) 2.Être converti en signal interne (Transduction) (voie de transduction) - Cascade d’activation dans la cellule = transduction -Le messager ne rentre pas dans la cellule, souvent associé à une amplification du message dans la cellule 3.Être amplifié et transformé (Réponse) Jusqu’à ce que l’on obtienne une réponse 2

Exemples de communication La reproduction sexuée chez la levure (saccharomyces cerevisiae) 1) Messagers: phéromones, excrété pour déterminer le genre, influence le comportement de l’autre cellule 2) Récepteurs membranaires 3) Signalisation interne, transduction et intégration du message 4) Réponse

-

Certaines cellules on des affinités seulement pour certains ligands (phéromones) opposés

-

Les ligands ne pénètrent pas dans la cellule Chromosome A et alpha, dirigent l’expression de différents récepteurs sur la surface membranaire et différents ligands

-

Ligands (facteurs) produit par les deux cellules qui sont seulement perçus par l’autre sexe

-

On évite que 2 cellules pareille se reproduisent Échange de matériel génétique seulement si les deux sont différentes But : Reconnaitre seulement les cellules du sexe opposé

Détection du quorum bactérien Vibrio harveyi est une bactérie marine qui émet de la lumière seulement lorsque la population atteint une certaine densité.

-

Cette capacité à faire de la luminescence est contrôlée par un système appelé la détection du quorum.

-

Dans ce système, des molécules de signalisation (ligands) qui sont fait par les cellules elles-mêmes se lie à un récepteur à la surface des cellules. Les récepteurs traduisent le 3

message à l’intérieur des cellules et cause l’expression de gènes nécessaire à la bioluminescence.

-

Pour faire la luminescence la bactérie doit fabriquer le ligand, (doit avoir le gène de celui-ci), elle doit avoir la protéine réceptrice (gènes pour la création de la protéine réceptrice) nécessaire à la liaison du ligand et être capable de répondre aux signaux

Pour comprendre la chaine de réaction, nous pouvons faire des mutants qui ne sont pas capable de faire certaines étapes

-

Un mutant de détection du quorum peut soit être incapable de fabriquer le signal (ligand), de détecter le signal par le récepteur ou être incapable de répondre au signal grâce au gène de bioluminescence activé par le ligand Mutant A

- Gène du ligand incapable de former celui-ci Mutant B -

Gène pour le récepteur incapable de faire le récepteur

Expérience 1 La souche A est étalée sur un pétri et incubée toute la nuit pour laisser la population de bactérie croître et doubler plusieurs fois pour atteindre une forte densité.

-

La bactérie ne sera pas capable de faire de la luminescence car elle manque le ligand, donc il n’a pas de ligand présent pour activer le récepteur. S’il n’y a pas de liaison récepteur-ligand il n’y aura pas de réponse de la cellule

Expérience 2 La souche B est étalée sur un pétri et incubée toute la nuit pour laisser la population de bactérie croître et doubler plusieurs fois pour atteindre une forte densité.

-

Le mutant B n’a pas le récepteur pour le ligand qu’il produit lui-même et donc la cellule ne produira pas de réponse car elle n’aura pas le signal ligand-récepteur.

Expérience 3 La souche A est étalée sur la moitié d’un pétri et la souche B est étalée sur l’autre moitié. Le pétri est incubé toute la nuit pour laisser la population de bactérie croître et doubler plusieurs fois pour atteindre une forte densité.

-

Le mutant A contient un récepteur et le mutant B libère des ligands qui peuvent activer la luminescence. Donc, le mutant A va être activé par le B.

Modes de communication Communication directe Les cellules qui sont en contact direct peuvent communiquer entre elles non pas en sécrétant des molécules signales dans la matrice extracellulaire, mais par l’intermédiaire de jonctions cellulaires nées des interactions entre des protéines membranaires à la surface des deux cellules voisines 1) Jonctions cellulaires ● Jonctions ouvertes : reliant les cytoplasmes de deux cellules animales ● Plasmodesmes : reliant les cytoplasmes de deux cellules vétégales 2) Reconnaissance intercellulaire Reconnaissance intercellulaire: système immunitaire fonctionne comme ceci

-

Cellule dendritique: absorbe les bactéries, présente les antigènes qui sont reconnue par les lymphocytes Th

-

Contact directe pour que Th soit activé et ensuite active B

Communication indirecte

5

Communication locale Paracrine Une cellule libère une molécule de signal dans son environnement local, la matrice extracellulaire. La molécule diffuse ensuite localement jusqu’aux cellules voisines. Parce que ces molécules de signal ne pénètrent pas dans le sang, elles ne se déplacent pas aussi loin que la diffusion le permet, et restent donc dans le voisinage local, de façon à cibler uniquement les cellules voisines. Synaptique Un neurone sécrète des molécules de neurotransmetteurs dans la fente synaptique ce qui stimule la cellule cible

Communication à distance Endocrine (hormonale) Une molécule signal est sécrétée dans la circulation sanguine à partir d’un petit groupe de cellules endocrines localisées. La molécule est donc diffusée dans tout l’organisme, donc entre en contact avec toutes les cellules du corps. Ces molécules de signal sont appelées hormones. Ce sont des messages importants qui nécessitent habituellement l’action de plusieurs types de cellules cibles. Autres communications indirectes Autocrine Parfois, la signalisation paracrine affectera aussi la cellule d’origine qui envoie le signal. Autrement dit, la cellule qui envoie le signal possède également le récepteur spécifique de cette molécule signal. Neuronale Les neurones peuvent transmettre des messages de façon très rapide et sur de longues distances à des cellules cibles spécifiques. Ces signaux électriques se déplacent vers le bas de l’axone du neurone.

À la fin de l’axone, le signal électrique est converti en un signal chimique, et les molécules de signalisation, appelées neurotransmetteurs, sont libérées directement sur la membrane cellulaire de la cellule cible.

Exocrine Les cellules sécrètent via un pore ou un canal à l’extérieur d’une cellule ou d’un tissu (Ex. les phéromones pour les abeilles avec la glande de Nasanov qui produit le messager chimique)

-

Méthode de communication, par des glandes exocrines ou des cellules exocrines

6 types de messagers Les messagers Chimiques ● Hydrophobe vs hydrophile ● Gros vs petit ● Organique vs inorganique ● Peptidique vs lipidique ● Extrinsèque vs intrinsèque Physiques ● Chaud vs froid ● Acide vs neutre vs basique ● Pression ● Ionique vs électrique **Peu importe le messager, ils ont tous un récepteur spécifique Les types de messagers ● La structure du messager va déterminer ses propriétés (hydrophile ou hydrophobe) 7

● Les propriétés chimiques vont influencer la route (transport du messager) o Pas les mêmes voies de communications selon les propriétés des messagers ● Les 6 classes de messagers chimiques seront reconnu par des récepteurs à la surface ou à l’intérieur des cellules ● Les propriétés chimiques et la structure moléculaire du messager vont affecter la voie de communication qui empruntera le messager et le type de récepteur qui reconnaîtra le messager 6 classes de messagers chimiques ● Peptides ● Stéroïdes ● Purines ● Amines ● Lipides ● Gaz Peptides (insuline, glucagon, cytokines) ● Hydrophiles, milieu aqueux ● 2 à 200 acides aminés (plus de 50 a.a = protéines) ● Souvent emmagasinés dans vésicules, pré-fabriquées, nécessite un signal pour faire exocytose ● Ne peuvent passer la bicouche seul, libérés par exocytose

Stéroïdes ● Dérivés du cholestérol ● 3 classes de stéroïdes o Minéralocorticoïdes (eau/sels) (ex : Aldostérone) o Glucocorticoïdes (ex : Cortisol) o Hormones sexuelles (ex : Estrogène, testostérone) ● Lipophiles (hydrophobes) et donc ne peuvent pas être emmagasinés dans des vésicules o Besoins de protéines d’accompagnement o Pas soluble ● Diffusion ou protéines de transport (globulines – endocrines) ● Les stéroïdes ont la particularité de pouvoir se lier à un récepteur intracellulaire puisqu’ils peuvent passer la bicouche (récepteurs nucléaires : dans le cytoplasme ou un noyau) ● Les récepteurs intracellulaires sont généralement des facteurs de transcription o Ils régulent l’expression des gènes en se liant directement à l’ADN Amines ● Possèdent un groupe amine NH2 ● Généralement synthétisés à partir d’un acide aminé 8

Majorité sont hydrophiles (vésicules-exocytose) Réserve ou à la demande Plusieurs neurotransmetteurs Exemples o Catécholamines (dopamine, épinéphrine) o Sérotonine o Mélatonine o Histamine o Hormones thyroïdiennes : hydrophobes Purines •Dérivés des nucléotides adénine et guanine •Libérés par transporteur membranaire ou exocytose •Paracrine ou neuronale Ex: caféine ● ● ● ●

Mécanisme d’action ● Antagoniste des récepteurs de l’adénosine = empêche l’adénosine de se lier à son récepteur et de supprimer l’activité cérébrale ● Permet à l’adrénaline de continuer son message d’alerte ● Permet l’augmentation de la sécrétion de dopamine, responsable de la sensation de plaisir ● Autres sites d’actions

Lipides •Majorité dérivée de l’acide arachidonique, dans les membranes plasmiques •Hydrophobes •Paracrine •Hormones locales Exemple: (advil diminue les deux)

-

Prostanglandine (douleur et vasodilation) Leukotriènes (inflammation) 9

Gaz •Petites molécules, courte demi vie •Diffusion libre •Paracrine ou neuronale •Exemples: Oxyde Nitrique (NO), Monoxyde Carbone (CO)

-

Oxyde: récepteur qui font la relaxation des muscles lisses, vasodilatation CO : pas bon, prend place sur globule rouge, pas de moyen de déloger, et moins O2 dans le sang, peut mener à la mort

10...