1. Principes généraux de la transmission

Les cellules vont répondre à des signaux entrainant leurs survie (métabolisme), leur division, leur différenciation ou leur mort (apoptose).

Les signaux sont des molécules informationnelles. Ce sont des corps chimiques produit par une cellule vivante pour transmettre un signal à une autre cellule qui reçoit ce signal par un récepteur spécifique (hormone, facteur de croissance…)

Les récepteurs sont des protéines cellulaires ayant pour ligand une molécule informationnelle provenant du milieu extracellulaire. Il existe aussi des récepteurs nucléaires ou des récepteurs cytoplasmiques qui vont transloquer dans le noyau.

Une cellule cible est une cellule pourvue d’un récepteur capable de traduire le signal d’une molécule informationnelle. La spécificité du signal dépend de la cellule cible et de la molécule informationnelle.

Figure 1. Les différents types de réponses cellulaires à des signaux extracellulaire.

2. Cascade de signalisation

La signalisation cellulaire transforme un élément extracellulaire en un signal intracellulaire. On a un récepteur sur lequel se lie une molécule signal. Cette liaison entraîne un changement de conformation du récepteur qui va entraîner la transduction du signal. Ceci va créer un signal intracellulaire. Ce signal intracellulaire va entraîner tout une chaîne de réactions enzymatiques, c'est-à-dire des relais sous forme de cascades de phosphorylations. Toutes ces phosphorylations ont pour but d'amplifier le signal.
Ces signaux vont diverger vers les différentes cibles. On peut avoir des réponses :
_ Rapides : Régulation des voies métaboliques et modifications du cytosquelette. (de 30min à 5H)

_ Lentes : Régulation de l'expression génique. (48h à 72h)

Figure 2. Schéma général de la cascade de signalisation intracellulaire

3. Les ligands

3. 1 Définition d’un ligand :

            Un ligand (du latin ligandum, liant) est une molécule qui se lie de manière réversible à une macromolécule ciblée, protéine ou acide nucléique, jouant en général un rôle fonctionnel : catalyse, modulation d'une activité enzymatique, transmission d'un signal. Ce terme, très utilisé pour l'étude de protéines, désigne les molécules qui interagissent avec la protéine de manière non-covalente et spécifique et qui jouent un rôle dans ses fonctions.

· La liaison se réalise grâce aux forces entre molécules, telles que les liaisons ioniques, les liaisons d'hydrogène et les forces van der Waals.

· La liaison d'un agoniste à un récepteur peut se caractériser par l'importance de la réponse physiologique provoquée et par la concentration nécessaire de l'agoniste pour produire cette réponse :

- Une liaison de haute affinité suppose qu'une concentration relativement basse d'un ligand suffit pour activer un site de liaison et déclencher la réponse physiologique.

- Un même ligand peut avoir différents effets selon les cellules cibles : pluralité.

- Un ligand peut fixer plusieurs récepteurs.

 - Un récepteur peut fixer plusieurs ligands.

Ligands / Agonistes / Antagonistes

Un ligand peut être :

• Agoniste : C'est une substance qui se lie à un récepteur spécifique en induisant son activation

• Antagoniste (compétitif ou non compétitif) : C'est une substance qui se lie à un récepteur sans provoquer son activation mais qui peut bloquer l'action d'un médiateur agoniste.

3. 2 Les différents types de ligands

Les ligands sont divisés selon leurs natures chimiques en :

3.2.1 Molécules informatives hydrosolubles

 Caractéristiques :

- Elles ne peuvent pas traverser la bicouche lipidique de la membrane plasmique.

- Elles agissent grâce à des récepteurs spécifiques situés sur la membrane plasmique de la cellule cible.

- Leur durée de vie très courte (ms, s pour les neurotransmetteurs ou quelques min pour les hormones).

- Elles induisent des réponses rapides et de courte durée.

- Ces réponses correspondent à une régulation et activent de protéines préexistantes dans la cellule cible (enzymes, canaux ioniques, facteurs de régulation de la transcription)

Ces molécules sont :

•      Les facteurs de croissance : ce sont des protéines ou des polypeptides qui jouent un rôle dans la prolifération et la survie des cellules. Désignés le plus souvent par GF : Growth Factor.

•      Les neurotransmetteurs : ce sont le plus souvent des dérivés d’acides aminés (noradrénaline, sérotonine, GABA…etc) ou des polypeptides qui jouent un rôle dans l’excitation ou l’inhibition des neurones au niveau des synapses.

•      Les hormones : ce sont des molécules :

ü  Peptidiques (2-100 acides aminés) ex : vasopressine, ocytocine, insuline…etc

ü  Protéiques (> 100 acides aminés) ex : hormone de croissance (GH) ;

ü  Glycoprotéiques ex : LH, FSH.

•      Les cytokines : Ce sont des protéines ou des polypeptides qui jouent un rôle dans la réponse immunitaire et l’inflammation ex : interleukines (IL).

3.2.2 Les molécules informatives liposolubles

Caractéristiques :

-Elles franchissent la membrane plasmique par diffusion simple.

-Elles activent ensuite un récepteur intracellulaire qui se fixe sur des régions cibles de l’ADN et régulent la transcription des gènes.

-Elles induisent des réponses plus tardives et de plus longue durée.

-Elles n’agissent pas sur des protéines préexistantes.

-Ces molécules sont transportées dans le sang (cas des hormones liposolubles) grâce à des transporteurs protéiques spécifiques avant d’être libérées au contact de la membrane plasmique des cellules cibles

Ces molécules sont :

•      Les hormones thyroïdiennes (Triiodothyronine « T3 » et thyroxine « T4 »), dérivées d’un acide aminé : la tyrosine ;

•      Les hormones stéroïdes, dérivées du cholestérol ex : cortisol, œstradiol, testostérone, progestérone…etc ;

•      Les prostaglandines, dérivées de l’acide arachidonique (acide gras à 20 C).

3.2.3. Les radicaux libres gazeux :

 Caractéristiques :

-Ils diffusent librement à travers la membrane plasmique.

-Ils agissent directement sur des enzymes cytosoliques sans intervention d’un récepteur membranaire ou intracellulaire ex : NO agit sur un guanylate cyclase cytosolique. 

-Ils sont toxiques à forte concentration. 

-Les mieux connus sont CO (monoxyde de carbone) et NO (monoxyde d’azote)

Figure 3. Principaux types de ligands