récepteurs de signalisation
Les récepteurs sont des molécules de protéines dans la cellule cible ou à sa surface qui se lient au ligand. Il existe deux types de récepteurs, les récepteurs internes et les récepteurs de surface cellulaire.
Interne récepteurs
la Figure 4. Les molécules de signalisation hydrophobes diffusent généralement à travers la membrane plasmique et interagissent avec les récepteurs intracellulaires du cytoplasme., De nombreux récepteurs intracellulaires sont des facteurs de transcription qui interagissent avec L’ADN dans le noyau et régulent l’expression des gènes.
Les récepteurs internes, également connus sous le nom de récepteurs intracellulaires ou cytoplasmiques, se trouvent dans le cytoplasme de la cellule et répondent aux molécules de ligand hydrophobes capables de voyager à travers la membrane plasmique. Une fois à l’intérieur de la cellule, beaucoup de ces molécules se lient à des protéines qui agissent comme régulateurs de la synthèse de l’ARNm (transcription) pour médier l’expression des gènes., L’expression génique est le processus cellulaire de transformation de l’information dans L’ADN d’une cellule en une séquence d’acides aminés, qui forme finalement une protéine. Lorsque le ligand se lie au récepteur interne, un changement conformationnel est déclenché qui expose un site de liaison à l’ADN sur la protéine. Le complexe ligand-récepteur se déplace dans le noyau, puis se lie à des régions régulatrices spécifiques de l’ADN chromosomique et favorise l’initiation de la transcription (Figure 4)., La Transcription est le processus de copie de l’information dans L’ADN d’une cellule dans une forme spéciale d’ARN appelé ARN messager (ARNm); la cellule utilise l’information dans l’ARNm (qui se déplace dans le cytoplasme et s’associe aux ribosomes) pour lier des acides aminés spécifiques dans le bon ordre, produisant une protéine. Les récepteurs internes peuvent influencer directement l’expression des gènes sans avoir à transmettre le signal à d’autres récepteurs ou messagers.,
récepteurs de surface cellulaire
Les récepteurs de surface cellulaire, également appelés récepteurs transmembranaires, sont des protéines (intégrales) ancrées à la surface cellulaire et qui se lient aux molécules de ligand externe. Ce type de récepteur s’étend sur la membrane plasmique et effectue une transduction de signal, dans laquelle un signal extracellulaire est converti en signal intercellulaire. Les Ligands qui interagissent avec les récepteurs de surface cellulaire n’ont pas à entrer dans la cellule qu’ils affectent. Les récepteurs de surface cellulaire sont également appelés protéines ou marqueurs spécifiques aux cellules, car ils sont spécifiques aux types cellulaires individuels.,
chaque récepteur de surface cellulaire a trois composants principaux: un domaine de liaison au ligand externe, une région couvrant la membrane hydrophobe et un domaine intracellulaire à l’intérieur de la cellule. Le domaine de liaison au ligand est également appelé domaine extracellulaire. La taille et l’étendue de chacun de ces domaines varient considérablement, selon le type de récepteur.
étant donné que les protéines des récepteurs de surface cellulaire sont essentielles au fonctionnement normal des cellules, il n’est pas surprenant qu’un dysfonctionnement de l’une de ces protéines puisse avoir de graves conséquences., Il a été démontré que les erreurs dans les structures protéiques de certaines molécules réceptrices jouent un rôle dans l’hypertension (hypertension artérielle), l’asthme, les maladies cardiaques et le cancer.
comment les virus reconnaissent un hôte
Contrairement aux cellules vivantes, de nombreux virus n’ont pas de membrane plasmique ni aucune des structures nécessaires au maintien de la vie. Certains virus sont simplement composés d’une enveloppe protéique inerte contenant de l’ADN ou de l’ARN. Pour se reproduire, les virus doivent envahir une cellule vivante, qui sert d’hôte, puis prendre le contrôle de l’appareil cellulaire de l’hôte. Mais comment un virus reconnaît – il son hôte?,
les virus se lient souvent aux récepteurs de surface cellulaire de la cellule hôte. Par exemple, le virus qui provoque la grippe humaine (grippe) se lie spécifiquement aux récepteurs sur les membranes des cellules du système respiratoire. Les différences chimiques dans les récepteurs de surface cellulaire entre les hôtes signifient qu’un virus qui infecte une espèce spécifique (par exemple, les humains) ne peut pas infecter une autre espèce (par exemple, les poulets).
cependant, les virus ont de très petites quantités d’ADN ou D’ARN par rapport aux humains, et, par conséquent, la reproduction virale peut se produire rapidement., La reproduction virale produit invariablement des erreurs qui peuvent conduire à des changements dans les virus nouvellement produits; ces changements signifient que les protéines virales qui interagissent avec les récepteurs de surface cellulaire peuvent évoluer de telle manière qu’elles peuvent se lier aux récepteurs d’un nouvel hôte. De tels changements se produisent au hasard et assez souvent dans le cycle de reproduction d’un virus, mais les changements n’ont d’importance que si un virus avec de nouvelles propriétés de liaison entre en contact avec un hôte approprié. Dans le cas de la grippe, cette situation peut se produire dans des milieux où les animaux et les personnes sont en contact étroit, comme les élevages de volailles et de porcs., Une fois qu’un virus saute sur un nouvel hôte, il peut se propager rapidement. Les scientifiques surveillent de près les virus nouvellement apparus (appelés virus émergents) dans l’espoir qu’une telle surveillance puisse réduire la probabilité d’épidémies virales mondiales.
Les récepteurs de surface cellulaire sont impliqués dans la plupart des signaux chez les organismes multicellulaires. Il existe trois catégories générales de récepteurs de surface cellulaire: les récepteurs liés aux canaux ioniques, les récepteurs liés aux protéines G et les récepteurs liés aux enzymes.
la Figure 5., Les canaux ioniques fermés forment un pore à travers la membrane plasmique qui s’ouvre lorsque la molécule de signalisation se lie. Le pore ouvert permet alors aux ions de s’écouler dans ou hors de la cellule.
Les récepteurs liés aux canaux ioniques lient un ligand et ouvrent un canal à travers la membrane qui permet le passage d’ions spécifiques. Pour former un canal, ce type de récepteur de surface cellulaire a une vaste région couvrant la membrane. Afin d’interagir avec les queues d’acides gras phospholipides qui forment le centre de la membrane plasmique, de nombreux acides aminés de la région couvrant la membrane sont de nature hydrophobe., Inversement, les acides aminés qui tapissent l’intérieur du canal sont hydrophiles pour permettre le passage de l’eau ou des ions. Lorsqu’un ligand se lie à la région extracellulaire du canal, il y a un changement conformationnel dans la structure des protéines qui permet aux ions tels que le sodium, le calcium, le magnésium et l’hydrogène de passer à travers (Figure 5).
Les récepteurs liés aux protéines G lient un ligand et activent une protéine membranaire appelée protéine G. La protéine G activée interagit alors avec un canal ionique ou une enzyme dans la membrane (Figure 6)., Tous les récepteurs liés à la protéine G ont sept domaines transmembranaires, mais chaque récepteur a son propre domaine extracellulaire spécifique et son site de liaison à la protéine G.
la signalisation cellulaire utilisant des récepteurs liés à la protéine G se produit sous la forme d’une série cyclique d’événements. Avant que le ligand se lie, la protéine G inactive peut se lier à un site nouvellement révélé sur le récepteur spécifique pour sa liaison. Une fois que la protéine G se lie au récepteur, le changement de forme résultant active la protéine G, qui libère le PIB et capte le GTP. Les sous-unités de la protéine G se divisent alors en sous-unité α et sous-unité βγ., L’un ou les deux de ces fragments de protéine G peuvent être en mesure d’activer d’autres protéines en conséquence. Après un certain temps, le GTP sur la sous-unité α active de la protéine G est hydrolysé en GDP et la sous-unité βγ est désactivée. Les sous-unités se réassocient pour former la protéine G inactive et le cycle recommence.
la Figure 6. Les protéines G hétérotrimériques ont trois sous-unités: α, β Et γ. Lorsqu’une molécule de signalisation se lie à un récepteur couplé à une protéine G dans la membrane plasmique, une molécule de GDP associée à la sous-unité α est échangée contre du GTP., Les sous-unités β Et γ se dissocient de la sous-unité α, et une réponse cellulaire est déclenchée soit par la sous-unité α, soit par la paire βγ dissociée. L’hydrolyse du GTP en GDP termine le signal.
Les récepteurs liés aux protéines G ont été largement étudiés et on a beaucoup appris sur leur rôle dans le maintien de la santé. Les bactéries pathogènes pour l’homme peuvent libérer des poisons qui interrompent la fonction spécifique des récepteurs liés à la protéine G, entraînant des maladies telles que la coqueluche, le botulisme et le choléra.
la Figure 7., Transmis principalement par l’eau potable contaminée, le choléra est une cause majeure de décès dans les pays en développement et dans les régions où les catastrophes naturelles interrompent la disponibilité d’eau potable. (crédit: New York City Sanitary Commission)
dans le choléra (Figure 7), par exemple, la bactérie transmise par L’eau Vibrio cholerae produit une toxine, le choléragène, qui se lie aux cellules tapissant l’intestin grêle., La toxine pénètre ensuite dans ces cellules intestinales, où elle modifie une protéine G qui contrôle l’ouverture d’un canal chlorure et la fait rester continuellement active, entraînant de grandes pertes de fluides du corps et une déshydratation potentiellement mortelle en conséquence.
l’assainissement moderne élimine la menace d’épidémies de choléra, comme celle qui a balayé la ville de New York en 1866. Cette affiche de cette époque montre comment, à cette époque, la façon dont la maladie a été transmise n’était pas comprise.,
Les récepteurs enzymatiques sont des récepteurs de surface cellulaire avec des domaines intracellulaires associés à une enzyme. Dans certains cas, le domaine intracellulaire du récepteur lui-même est une enzyme. D’autres récepteurs enzymatiques ont un petit domaine intracellulaire qui interagit directement avec une enzyme. Les récepteurs liés aux enzymes ont normalement de grands domaines extracellulaires et intracellulaires, mais la région couvrant la membrane consiste en une seule région alpha-hélicoïdale du brin peptidique., Lorsqu’un ligand se lie au domaine extracellulaire, un signal est transféré à travers la membrane, activant l’enzyme. L’Activation de l’enzyme déclenche une chaîne d’événements dans la cellule qui conduit finalement à une réponse. Un exemple de ce type de récepteur lié à une enzyme est le récepteur de la tyrosine kinase (Figure 8). Une kinase est une enzyme qui transfère les groupes phosphate de L’ATP à une autre protéine. Le récepteur de la tyrosine kinase transfère les groupes phosphates aux molécules de tyrosine (résidus de tyrosine). Premièrement, les molécules de signalisation se lient au domaine extracellulaire de deux récepteurs proches de la tyrosine kinase., Les deux récepteurs voisins se lient alors ensemble, ou se dimérisent. Les Phosphates sont ensuite ajoutés aux résidus de tyrosine sur le domaine intracellulaire des récepteurs (phosphorylation). Les résidus phosphorylés peuvent ensuite transmettre le signal au Messager suivant dans le cytoplasme.
Pratique de la Question
la Figure 8. Un récepteur tyrosine kinase est un récepteur lié à une enzyme avec une seule région transmembranaire et des domaines extracellulaires et intracellulaires., La liaison d’une molécule de signalisation au domaine extracellulaire provoque la dimérisation du récepteur. Les résidus de Tyrosine sur le domaine intracellulaire sont ensuite autophosphorylés, déclenchant une réponse cellulaire en aval. Le signal est terminé par une phosphatase qui élimine les phosphates des résidus de phosphotyrosine.
HER2 est un récepteur tyrosine kinase. Dans 30 pour cent des cancers du sein humains, HER2 est activé en permanence, entraînant une division cellulaire non régulée., Le Lapatinib, un médicament utilisé pour traiter le cancer du sein, inhibe L’autophosphorylation de la tyrosine kinase du récepteur HER2 (le processus par lequel le récepteur ajoute des phosphates sur lui-même), réduisant ainsi la croissance tumorale de 50%. Outre l’autophosphorylation, laquelle des étapes suivantes serait inhibée par le Lapatinib?,
- signalant la liaison des molécules, la dimérisation et la réponse cellulaire en aval
- dimérisation et la réponse cellulaire en aval
- La réponse cellulaire en aval
- activité Phosphatase, la dimérisation et la réponse cellulaire en aval
Vérifiez votre compréhension
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