Transduction du signal: définition, fonction, exemples

Les organismes unicellulaires, comme presque tous procaryotes (bactéries et archées), sont abondantes dans la nature. eucaryote les organismes, cependant, peuvent contenir des milliards de cellules.

Comme cela ne ferait pas grand bien à un organisme d'avoir autant d'entités minuscules travaillant dans l'isolement d'une seule un autre, les cellules doivent avoir un moyen de communiquer entre elles - c'est-à-dire à la fois l'envoi et la réception signaux. Faute de radio, de télévision et d'Internet, les cellules s'engagent dans transduction du signal, en utilisant des produits chimiques à l'ancienne.

Tout comme griffonner des lettres ou des mots sur une page n'est pas utile à moins que ces caractères et entités forment des mots, phrases et un message cohérent et sans ambiguïté, les signaux chimiques ne sont d'aucune utilité à moins qu'ils ne contiennent des instructions.

Pour cette raison, les cellules sont équipées de toutes sortes de mécanismes intelligents pour la génération et transduction

Si vous étiez l'un des dizaines de chauffeurs d'une entreprise de taxis, vous auriez besoin des compétences nécessaires pour conduire une voiture et naviguer dans les rues de votre ville. en connaissance de cause et habilement afin de rencontrer vos passagers à l'heure au bon endroit et de les amener à leurs destinations quand ils le souhaitent là. Cependant, cela ne suffirait pas à lui seul si l'entreprise espérait fonctionner avec une efficacité maximale.

Les chauffeurs de différentes cabines devraient communiquer entre eux et avec un répartiteur central pour déterminer ce les passagers devraient être pris en charge par qui, lorsque certaines voitures étaient pleines ou indisponibles pendant un certain temps, coincés dans la circulation etc.

Sans la possibilité de communiquer avec toute personne autre que les passagers potentiels par téléphone ou application en ligne, l'entreprise serait chaotique.

Dans le même esprit, les cellules biologiques ne peuvent fonctionner en toute indépendance des cellules qui les entourent. Souvent, des amas locaux de cellules ou des tissus entiers doivent coordonner une activité, telle qu'un contraction musculaire ou la guérison après une blessure. Ainsi, les cellules doivent communiquer entre elles pour que leurs activités restent alignées sur les besoins de l'organisme dans son ensemble. En l'absence de cette capacité, les cellules ne peuvent pas gérer correctement la croissance, le mouvement et d'autres fonctions.

Les déficits dans ce domaine peuvent avoir de graves conséquences, notamment des maladies telles que le cancer, qui est réplication cellulaire essentiellement incontrôlée dans un tissu donné en raison d'une incapacité des cellules à moduler leur propre croissance. La signalisation cellulaire et la transduction des signaux sont donc vitales pour la santé de l'organisme dans son ensemble ainsi que des cellules affectées.

La signalisation cellulaire peut être divisée en trois phases de base :

1. Accueil: Des structures spécialisées à la surface de la cellule détectent la présence d'une molécule de signalisation, ou ligand.
2. Transduction : La liaison du ligand au récepteur initie un signal ou une série de signaux en cascade à l'intérieur de la cellule.
3. Réponse: Le message signalé par le ligand et les protéines et autres éléments qu'il influence est interprété et mis en œuvre, comme via l'expression du gène ou règlement.

Comme les organismes eux-mêmes, une voie de transduction du signal cellulaire peut être extrêmement simple ou relativement complexe, avec certains scénarios impliquant une seule entrée ou un seul signal, ou d'autres impliquant toute une série d'étapes séquentielles et coordonnées.

Une bactérie, par exemple, n'a pas la capacité de délibérer sur la nature des menaces pour la sécurité dans son l'environnement, mais il peut détecter la présence de glucose, la substance que toutes les cellules procaryotes utilisent pour aliments.

Des organismes plus complexes envoient des signaux en utilisant facteurs de croissance, les hormones, neurotransmetteurs et les composants de la matrice entre les cellules. Ces substances peuvent agir sur les cellules proches ou à distance en voyageant par le sang et d'autres canaux. Neurotransmetteurs tel que dopamine et sérotonine traverser les petits espaces entre les cellules nerveuses adjacentes (neurones) ou entre neurones et les cellules musculaires ou les glandes cibles.

Les hormones agissent souvent à des distances particulièrement longues, les molécules hormonales sécrétées dans le cerveau exerçant des effets sur les gonades, les glandes surrénales et d'autres tissus « éloignés ».

Tout comme enzymes, les catalyseurs de la réaction biochimique cellulaire, sont spécifiques de certaines molécules substrats, les récepteurs à la surface des cellules sont spécifiques d'une molécule signal particulière. Le niveau de spécificité peut varier, et certaines molécules peuvent faiblement activer des récepteurs que d'autres molécules peuvent activer fortement.

Par exemple, les analgésiques opioïdes activent certains récepteurs dans le corps que des substances naturelles appelées les endorphines déclenchent également, mais ces médicaments ont généralement un effet beaucoup plus fort en raison de leur adaptation.

Les récepteurs sont des protéines et la réception a lieu en surface. Considérez les récepteurs comme des sonnettes cellulaires. C'est comme une sonnette. Les sonnettes sont à l'extérieur de votre maison et c'est en les activant que les gens de votre maison répondent à la porte. Mais pour que la sonnette fonctionne, quelqu'un doit utiliser son doigt pour appuyer sur la sonnette.

Le ligand est analogue au doigt. Une fois qu'il se lie au récepteur, qui est comme la sonnette, il commencera le processus de l'interne fonctionnement/transduction du signal tout comme la sonnette déclenche les personnes à l'intérieur de la maison pour se déplacer et répondre au porte.

Bien que la liaison du ligand (et le doigt appuyant sur la sonnette) soit essentielle au processus, ce n'est que le début. Un ligand se liant à un récepteur cellulaire n'est que le début d'un processus dont le signal doit être modifié en force, direction et effet ultime afin d'être utile à la cellule et à l'organisme dans lequel elle réside.

Les récepteurs membranaires comprennent trois types principaux :

1. Récepteurs couplés aux protéines G
2. Récepteurs liés aux enzymes
3. Récepteurs de canaux ioniques

Dans tous les cas, l'activation du récepteur initie une cascade chimique qui envoie un signal de l'extérieur de la cellule, ou sur une membrane à l'intérieur de la cellule, au noyau, qui est de facto le "cerveau" de la cellule et le locus de son matériel génétique (ADN ou acide désoxyribonucléique).

Les signaux voyagent jusqu'au noyau parce que leur objectif est d'influencer d'une manière ou d'une autre l'expression des gènes - la traduction des codes contenus dans les gènes vers le produit protéique que le gènes code pour.

Avant que le signal ne s'approche du noyau, il est interprété et modifié près de son site d'origine, au niveau du récepteur. Cette modification peut impliquer une amplification par deuxièmes messagers, ou cela peut signifier une légère diminution de la force du signal si la situation l'exige.

Les protéines G sont polypèdes avec des séquences d'acides aminés uniques. Dans la voie de transduction du signal cellulaire à laquelle ils participent, ils lient généralement le récepteur lui-même à une enzyme qui exécute les instructions pertinentes pour le récepteur.

Ceux-ci utilisent un deuxième messager, dans ce cas adénosine monophosphate cyclique (AMP cyclique ou AMPc) pour amplifier et diriger le signal. L'oxyde nitrique (NO) et l'ion calcium (Ca2+) sont d'autres seconds messagers courants.

Par exemple, le récepteur de la molécule épinéphrine, que vous reconnaissez plus facilement comme l'adrénaline, une molécule de type stimulant, provoque des modifications physiques d'un Protéine G adjacente au complexe ligand-récepteur dans la membrane cellulaire lorsque l'épinéphrine active le récepteur.

Ceci, à son tour, provoque une protéine G pour déclencher l'enzyme adénylylcyclase, ce qui conduit à la production d'AMPc. L'AMPc "ordonne" alors une augmentation d'une enzyme qui décompose le glycogène, la forme de stockage des glucides de la cellule, en glucose.

Les seconds messagers envoient souvent des signaux distincts mais cohérents à différents gènes de l'ADN cellulaire. Lorsque l'AMPc appelle à la dégradation du glycogène, il signale simultanément un recul de la production de glycogène via une enzyme différente, réduisant ainsi le potentiel de cycles futiles (le déroulement simultané de processus opposés, tels que l'eau courante dans une extrémité d'une piscine tout en essayant de drainer l'autre finir).

Kinases sont des enzymes qui prennent phosphoryler molécules. Ils y parviennent en déplaçant un groupe phosphate de l'ATP (adénosine triphosphate, une molécule équivalente à l'AMP avec deux phosphates ajoutés à celui que l'AMP possède déjà) vers une molécule différente. Phosphorylases sont similaires, mais ces enzymes récupèrent les phosphates libres plutôt que de les récupérer dans l'ATP.

Dans la physiologie du signal cellulaire, les RTK, contrairement aux protéines G, sont des récepteurs qui possèdent également des propriétés enzymatiques. En bref, l'extrémité réceptrice de la molécule fait face à l'extérieur de la membrane, tandis que l'extrémité arrière, constituée de l'acide aminé tyrosine, a la capacité de phosphoryler les molécules à l'intérieur de la cellule.

Cela conduit à une cascade de réactions qui dirigent l'ADN dans le noyau cellulaire pour réguler à la hausse (augmenter) ou à la baisse (diminuer) la production d'un ou de plusieurs produits protéiques. La chaîne de réactions la mieux étudiée est peut-être la cascade de kinases de la protéine mitogène activée (MAP).

On pense que des mutations dans les PTK sont responsables de la genèse de certaines formes de cancer. En outre, il convient de noter que la phosphorylation peut inactiver ainsi qu'activer des molécules cibles, en fonction du contexte spécifique.

Ces canaux sont constitués d'un "pore aqueux" dans le membrane cellulaire et sont fabriqués à partir de protéines intégrées dans la membrane. Le récepteur du neurotransmetteur commun acétylcholine est un exemple d'un tel récepteur.

Plutôt que de générer un signal en cascade en soi dans la cellule, la liaison de l'acétylcholine à son récepteur provoque l'élargissement des pores du complexe, permettant ions (particules chargées) pour s'écouler dans la cellule et exercer leurs effets en aval sur la synthèse des protéines.

Il est essentiel de reconnaître que les actions qui se produisent dans le cadre de la transduction du signal cellule-récepteur ne sont généralement pas des phénomènes « on/off ». C'est le phosphorylation ou la déphosphorylation d'une molécule ne détermine pas la gamme de réponses possibles, ni au niveau de la molécule elle-même, ni en termes de son signal en aval.

Certaines molécules, par exemple, peuvent être phosphorylées à plusieurs endroits. Cela permet une modulation plus étroite de l'action de la molécule, de la même manière générale qu'un aspirateur ou le mélangeur avec plusieurs réglages peut permettre un nettoyage ou une préparation de smoothie plus ciblé qu'un binaire "on/off" changer.

De plus, chaque cellule possède plusieurs récepteurs de chaque type, dont la réponse doit être intégrée au niveau ou avant le noyau pour déterminer l'ampleur globale de la réponse. Généralement, l'activation du récepteur est proportionnelle à la réponse, ce qui signifie que plus il y a de ligand qui se lie à un récepteur, plus les altérations au sein de la cellule sont susceptibles d'être marquées.

C'est pourquoi lorsque vous prenez une dose élevée d'un médicament, il exerce généralement un effet plus fort qu'une dose plus faible. Plus de récepteurs sont activés, plus d'AMPc ou de protéines intracellulaires phosphorylées en résultent, et plus de tout ce qui est requis dans le noyau a lieu (et arrive souvent plus rapidement ainsi qu'à un plus grand Le degré).

Les protéines sont fabriquées après que l'ADN ait fait une copie codée de ses informations déjà codées sous la forme d'ARN messager, qui se déplace en dehors du noyau aux ribosomes, où les protéines sont en fait fabriquées à partir d'acides aminés conformément aux instructions fournies par ARNm.

Le processus de fabrication d'ARNm à partir d'une matrice d'ADN est appelé transcription. Des protéines appelées facteurs de transcription peut être régulé à la hausse ou à la baisse en raison de l'entrée de divers signaux de transduction indépendants ou simultanés. Une quantité différente de la protéine que la séquence du gène (longueur de l'ADN) code est ainsi synthétisée.