Introduction
Communication cellulaire est spécifique des organismes pluricellulaires :
- Maintien des structures
- Dialogues entre les cellules
- Adaptation à l'extérieure
Les cellules d’un organisme pluricellulaire sont soumises à de nombreux signaux provenant de leur environnement : cellules très éloignées comme cellules très proches. Les cellules sont programmées pour répondre à ces différents signaux, qui vont induire la réponse biologique :
- La prolifération
- La différenciation
- La mort cellulaire
- La migration cellulaire
- la sécrétion de certaines molécules par la cellule...
La communication cellulaire permet de maintenir l’organisme, et de coordonner les différentes fonctions de l’organisme La communication cellulaire est assurée par différents systèmes :
- Les jonctions cellulaires (ex : Gap Junction)
- Les molécules d’adhérences (ex : intégrines)
- Les molécules chimiques ou messagers chimiques
L’énorme capacité structurelle et fonctionnelle des organismes multicellulaire est due à leur capacité de coordonner les réactions biochimiques de diverse cellule de l’organisme entier. La base de cette coordination est la communication intercellulaire qui permet à une cellule d’influencer le comportement d’autres cellules d’une manière spécifique. Chaque cellule reçoit une multitude de signaux extracellulaires provenant d’autres cellules et de l’environnement. De fait, la cellule est en permanence soumise à de très nombreuses informations, stimuli. Ces informations sont transmises sous forme de signaux qui sont la plupart du temps des molécules chimiques. Ce mécanisme, appelé signalisation cellulaire (ou communication cellulaire), permet une communication de cellule à cellule et est nécessaire à la régulation et à l'intégration fonctionnelles d'organismes pluricellulaires : Métabolisme, défense, croissance, différenciation, reproduction, transmission nerveuse, apoptose…
1. Définition
La communication cellulaire ce sont des signaux moléculaires (ou messagers) émis par une cellule (dite émettrice) et reconnus par une autre cellule (dite réceptrice, sachant que la cellule émettrice peut être également la cellule réceptrice). La réception du signal extérieur est suivie d'un relais à l'intérieur de la cellule qui va conduire à l'amplification du signal induisant des effets moléculaires variés ainsi qu'un changement d'état de la cellule réceptrice.
La communication cellulaire est assurée par différents systèmes :
- Les jonctions cellulaires (ex : Gap Junction)
- Système de communication par contact direct : par des molécules d’adhérences (ex : intégrines)
- Système de communication à distance : par des molécules chimiques ou messagers chimiques
2. Les systèmes de communication cellulaire :
2. 1 Système de communication par contact direct :
La distance émetteur- récepteur détermine différents modes de communication (Figure 1).
2.1.1 Le mode endocrine : Elle concerne les hormones (polypeptidique ou stéroïde), celles-ci sont libérées dans la circulation sanguine générale. Elles agissent à distance sur une cellule qui possède un récepteur spécifique. Le délai pour que le signal atteigne sa cible est longue (de quelques secondes à plusieurs minutes). La signalisation endocrine entraîne une dispersion du signal dans l’organisme (Ex : l’œstradiol, produit par l’ovaire et agissant sur l’endomètre).
2.1.2 Le mode paracrine : Les médiateurs sont sécrétés dans la matrice extracellulaire et agit sur les cellules voisines. Elle concerne les médiateurs locaux tels que les facteurs de croissance et les médiateurs de l’inflammation (Ex : la somatostatine et le glucagon agissant sur des cellules des îlots de Langerhans voisines qui sécrètent l’insuline)
2.1.3 Le mode autocrine : La cellule sécrète un signal soluble qui agit sur un de ses propres récepteurs. La cellule émettrice est la cellule cible. Ex: Les prostaglandines et les interleukines, peuvent agir sur leur cellule d’origine et exercer un contrôle autocrine.
2.4 Le mode synaptique : Le signal est libéré par la cellule présynaptique et agit seulement sur la cellule post-synaptique d’une jonction spécialisée voisine (synapse chimique). Il n’y a pas de dispersion du signal et l’action est très rapide (de l’ordre de la milliseconde = 0,001 secondes). Elle concerne les neurotransmetteurs. Ex : L’acétylcholine, glutamate, noradrénaline, …
Figure 1. Les différents modes de signalisation cellulaire.
2.2 Système de communication par contact direct (ou par molécules d’adhésion à la surface des cellules)
Les Molécules d’Adhérences sont des glycoprotéines intégrales de la membrane cellulaire. Ces molécules ont un rôle qui va bien au-delà de l’adhérence cellulaire, notamment des rôles vitaux dans de très nombreux processus. Elles interviennent en effet dans la reconnaissance entre deux cellules, intervenant notamment comme récepteurs cellulaires, et donc possède des rôles dans la signalisation vers l’intérieure de la cellule mais aussi vers l’extérieur de la cellule, et également dans la migration cellulaire.
L’adhésivité met en jeu 4 superfamilles de protéines membranaires. Certaines sont spécifiques à l’adhésion cellule-cellule (cadhérines, sélectines, superfamille des immunoglobulines) et d’autres interviennent aussi dans l’adhésivité Cellule-MEC se sont les intégrines.
Cell Adhesion Molecules Substrat Adhesion
(CAM) Molecules (SAM)
Les cadhérines
Les sélectines Ca2+ dépendantes Les intégrines
Les intégrines
Ca2+ dépendantes
La superfamille des immunoglobulines Ca2+ indépendantes
On peut également séparer ces Molécules d’Adhérences en fonction de leur expression. Elles peuvent être constitutives ou bien inductible, et peuvent être immédiatement présente et active ou nécessiter un signal d’activation, notamment le cas pour les Intégrines. Les Cadhérine sont présentes dans la membrane, et donc constitutives, et sont directement active et disponibles
On peut également séparer ces Molécules d’Adhérences en fonction de leur expression. Elles peuvent être constitutives ou bien inductible, et peuvent être immédiatement présente et active ou nécessiter un signal d’activation, notamment le cas pour les Intégrines. Les Cadhérine sont présentes dans la membrane, et donc constitutives, et sont directement active et disponibles. Les intégrines sont également constitutives de la membrane, mais ne sont pas immédiatement disponibles. Elles nécessitent un signal d’activation. Les Sélectines sont présentes dans la cellule et ne seront disponible qu’après une activation, qui entrainera une exocytose de ces Sélectines.
a. Les cadhérines :
Structure chimique
• Glycoprotéines de 720 à 740 AA
• Domaine extracellulaire variable à 5 domaines sensible au Ca++
• Domaine intracellulaire assez homogène
• Intéraction avec le cytosquelette: actine (cas de zonnula adhérence) ou cytokératine (cas de desmosome)
Figure 2. Structure chimique des cadhérines
Les cadhérines sont des molécules dimériques à activité dépendante de la disponibilité du Ca++
• Etat inactif: les 2chaines polypeptidique sont courbées
• Etat actif: Avec des concentrations croissantes de Ca++ les deux chaines se redressent on parle de dimérisation de la molécule
• Le Ca++ fixé au domaine Cadhérine extracellulaire permet l’interaction des cadhérines portées par deux cellules contigües par des liaisons homotypiques homophiles
• La région intracellulaire réalise des interactions avec le cytosquelette par l’intermédiaire de protéine d’association
Distribution tissulaire des cadhérines : Dans les cellules différenciées les cadhérines se regroupent aux niveaux des faces latérales des cellules épithéliales : il s’agit de E. cadhérines (cadhérines zonulaires, cadhérines desmosomales), N. Cadhérines : Neurones, P. Cadhérines : Placenta, L. Cadhérines : Foie
Fonction :
Ø Jouent un rôle important dans l'adhésion et la différenciation cellulaire.
Ø Situées sur la face latérale des cellules épithéliales permettant une intégrité et un maintien des couches cellulaires épithéliales.
Ø Le calcium permet l'attachement des cellules épithéliales entre elles et aussi la formation des jonctions stabilisantes entre les cellules épithéliales adjacentes (ou voisines).
Figure 3. Cadhérines zonulaires
Figure 4. Cadhérines desmosomales