Diapositive 1

1
La Signalisation intracellulaire
MSBM-2005
2
Comment les cellules communiquent-elles ?
Cellule cible
Cellule sécrétrice
Molécule de signalisation
Récepteur
Cellule sécrétrice
Cellule cible
Molécule de signalisation
Récepteur
3
Les différents types de récepteurs

• Les récepteurs membranaires

Récepteur membranaire de surface
Molécule de signalisation hydrophile

• Les récepteurs intracellulaires

Molécule de signalisation hydrophobe
Protéines de transport
Récepteur intracellulaire
4
Les différents formes de communications des
molécules de signalisation sécrétées

• La communication paracrine

• La communication synaptique

5
Les différents formes de communications des
molécules de signalisation sécrétées

• La communication endocrine

• La communication autocrine

6
Comment la cellule répond elle à ces signaux ?
Signaux extracellulaires
Différenciation
Prolifération
Apoptose
7
Les différents types de récepteurs membranaires

• Les récepteurs ionotropiques

Canal ionique

• Les récepteurs couplées aux protéines G

Enzyme activée
enzyme
protéine G

• Les récepteurs à une activité enzymatique

Domaine catalytique actif
Domaine catalytique inactif
8
Les récepteurs à activité enzymatique intrinsèque

• Différentes activités enzymatiques intrinsèques
  ont été mise en évidence
• Activité tyrosine kinase (PTK)
• Ex le récepteur au PDGF, à lEGF ou les
  récepteurs aux cytokines
• Activité sérine/thréonine kinase
• Ex le récepteur au TGF
• Activité tyrosine phosphatase (PTPase)
• Ex CD45
• Activité guanylate cyclase
• Ex Récepteur à lANF (Atrial Natriuretic
  factor)

9
Quelles sont les étapes de la signalisation ?
Molécule de signalisation extracellulaire
Récepteur membranaire
Protéines de signalisation intracellulaires
Protéines cibles
Protéines du cytoplasme
Facteur de transcription
Modification du métabolisme, de la structure
cellulaire
Modification de lexpression des gènes
10
Réponse de la cellule et cycle cellulaire
Mitogènes
Signaux de mort
Agent de différenciation
Différenciation
Apoptose
Prolifération
11
Les récepteurs à activité tyrosine kinase
12
Les ligands des RTK
Epidermal Growth factor (EGF)
Récepteur à lEGF (EGFR)
Stimule la prolifération de nombreux types
cellulaires
Insulin Growth factor (IGF 1 et 2)
Récepteur à lIGF1 (IGF1 R)
Stimule la croissance cellulaire et la survie
Nerve Growth factor (NGF)
Récepteur au NGF (NGFR)
Stimule la croissance cellulaire et la survie de
nombreux neurones
Platelet-derived Growth factor (PDGF)
Récepteur au PDGF (PDGFR)
Stimule la croissance, la survie et la
prolifération de nombreux types cellulaires
Macrophage-colony stimulating factor (M-CSF)
Récepteur au M-CSF (M-CSFR)
Stimule la prolifération des monocytes/macrophages
et la différenciation
Fibroblast Growth factor (FGF)
Récepteur au FGF (FGFR)
Stimule la prolifération de nombreux types
cellulaires et inhibe la différenciation de
certains précurseurs cellulaires
13
La dimérisation du récepteur RTK
PDGF
Dimérisation du récepteur
La fixation du ligand induit une dimérisation (ou
oligomérisation du récepteur)
14
Lactivation du récepteur RTK
PDGF
PDGF
PDGF
P
P
P
Dimérisation du récepteur
Activation de lactivité kinase
Autophosphorylation du récepteur
La dimérisation du récepteur induit lactivation
de lactivité tyrosine kinase du récepteur et
ainsi son autophosphorylation
15
Signalisation intracellulaire et phosphorylation
Activateur non phosphorylé (non actif)
KINASE
PHOSPATASE
(ajout dun groupement phosphate)
(élimination dun groupement phosphate)
Activateur phosphorylé (actif)
La transduction intracellulaire du signal se fait
par un mécanisme de phosphorylations
intracellulaires
16
Signalisation intracellulaire et phosphorylation
Récepteur phosphorylé et actif
Activation de protéines kinases intracellulaires
Cascades de phosphorylations intracellulaires
17
Domaines de reconnaissance des résidus tyrosines
phosphorylées

• Phosphorylation de tyrosines du domaine porteur
  de lactivité kinase

Contrôle de lactivité kinase du récepteur

• Phosphorylation de tyrosines dans des zones non
  catalytiques

P
P
P
Sites de liaison des domaines SH2 (Sarc homology
2) ou PTB (phosphotyrosine binding) présents au
sein de nombreuses protéines
18
Interaction tyrosine phosphorylée / domaine SH2
Jaune récepteur avec la tyrosine phosphorylée
(groupement phosphate en rouge)
Blanc domaine SH2
Le phosphate est chargé négativement. Il vient
sinsérer dans la poche positive du domaine SH2
19
Activation des voies de signalisation
Induction de la cascade dactivation
intracellulaire
P
P
P
P
P
P
Recrutement de médiateur à la membrane via une
interaction domaine SH2/tyrosine phosphorylée
20
Les grandes voies de signalisation induites
PDGF
P
Voie des MAP kinases
Voie de la PI3 kinase/Akt
P
P
Activation des facteurs de transcription et
expression des gènes
Prolifération
21
La voie de la PI3-kinase/Akt

• La protéine PI3-kinase est constitué de deux
  sous-unités
• une sous-unité régulatrice, p85 elle contient
  deux domaines SH2
• une sous-unité catalytique p110

PDGF
La PI3kinase est recrutée au niveau du récepteur
via les domaines SH2 qui constituent sa sous
unité régulatrice
P
PI3K
P
p110
p85
P
22
Lactivation de la PI3-kinase
Lassociation de la PI3-kinase au tyrosine
phosphorylée du récepteur induit une modification
conformationnelle de la protéine
Activation de la sous-unité catalytique de la
PI3-kinase
23
La PI3-kinase phosphoryle les lipides membranaires
Les lipides membranaires ainsi phosphorylés
jouent le rôle de 2nd messagers
24
Lactivation de la protéine Akt (PKB)
Les lipides membranaires phosphorylées servent de
point dancrage à deux protéines kinase les
phosphoinositide-dependent kinase, la PDK1 et Akt
25
Lactivation de la protéine Akt (PKB)

• Linteraction se fait via des domaines
  particuliers appelés domaines PH (domaine
  Pleckstrin homologie)
• Linteraction de Akt avec les lipides permet un
  changement de conformation. Akt peut alors être
  phosphorylé et donc activé par PDK1

26
Akt induit la prolifération

• Akt va induire la prolifération cellulaire de
  différentes façons
• il induit lactivation du cycle cellulaire
• il active des facteurs de transcription qui vont
  permettent lexpression de gènes impliqués dans
  la prolifération
• il bloque lapoptose

27
Akt bloque la dégradation de la cycline D
Akt
P
GSK3b
GSK3b
Actif
Inactif
P
Cycline D
Cycline D
Ubiquitination et dégradation de la protéine
Akt inhibe la phosphorylation de la cycline D en
inhibant la kinase GSK3b. Il bloque ainsi la
dégradation de la cycline D
28
Akt active le facteur de transcription NF-kB
I-kB est un inhibiteur du facteur de
transcription NF-kB
I-kB
NF-kB
Le facteur de transcription reste dans le
cytoplasme
Akt
Phosphorylation de I-kB
Dégradation de I-kB Libération de NF-kB
NF-kB migre dans le noyau et induit lactivation
des gènes
29
Rétrocontrôle de la voie PI3-Kinase/Akt
Akt
PI(4,5)P2
PI(3,4,5)P3
PTEN
PTEN déphosphoryle les lipides membranaires
Décrochage de Akt de la membrane plasmique
Inactivation de Akt et arrêt du signal
30
La voie PI3-kinase/Akt et cancers
Dans des conditions normales
31
La voie PI3-kinase/Akt et cancers
Dans les gliomes (tumeurs cérébrales), PTEN est
inactivé
PTEN est un gène suppresseur de tumeur
32
Résumé
PDGF
Voie de la PI3 kinase/Akt
P
Voie des MAP kinases
P
P
Augmente la quantité de cycline D
Active le facteur NF-kB
Prolifération
33
La voie des MAPK (Mitogen Activated protein
kinase)

• Chez les Mammifères, la voie des MAPK se divisent
  en 4 sous-familles
• la voie Erk1/2 (extracellular signal-regulated
  kinase)
• la voie Jnk (Jun kinase)
• la voie p38
• la voie Erk5

Lactivation de ces différentes voies dépend du
type cellulaire et du signal extracellulaire
impliqué
34
La cascade dactivation des MAPK
Les MAPK sont activées par une cascade de
protéines kinases
Stimulus
Facteur de croissance
Activateur
Ras
Rac
MKKK
Raf
MEKK1
MKK
MKK1
MKK4
MAPK
Erk1/2
Jnk
Substrat
Elk1
c-jun
35
La voie Erk1/2
Interaction avec les Ptyr du récepteur
PDGF
Domaine SH2
PI3K
P
P
Domaine SH3
p110
P
p85
P
sos
Grb2
Interaction avec la région riche en proline de Sos
Grb2 est un adaptateur qui permet le recrutement
la protéine Sos à la membrane au niveau du
récepteur
36
Activation de Ras par Sos
PDGF
ras
ras
P
P
GDP
GTP
Inactif
P
Actif
P
sos
Grb2
Sos est un facteur déchange de nucléotides
guanine (GEF) qui permet lactivation de ras
37
Activation de Raf par Ras
Lassociation de ras avec Raf modifie
linteraction entre Raf et les protéines 14-3-3
du cytoplasme
Inactif
Raf adopte une conformation active
actif
38
Activation de Erk1/2
Raf MKKK
Mise en place dun cascade de phosphorylation par
des protéines sérine/thréonine kinases
Raf
actif
P
MKK1
MKK1
inactif
actif
P
Erk1/2
Erk1/2
actif
inactif
Migration dans le noyau de la cellule
39
Erk1/2 induit lexpression de c-fos
P
Erk1/2
noyau
P
Erk1/2
P
Elk1
Elk1
Facteur de transcription inactif
actif
P
Elk1

Expression de c-fos
Gène c-fos
40
La voie des Jnk
Facteur de croissance

• Rac comme Ras est une petite GTPase

Ras
Rac
Raf
MEKK1
GDP
Rac
Inactif
MKK1
MKK4
GTP
Actif
Erk1/2
Jnk
Rac
Elk1
c-jun
41
La voie des Jnk
MEKK1
Inactif
Rac
MEKK1
actif
P
MKK4
MKK4
inactif
actif
P
Jnk
Jnk
actif
inactif
Migration dans le noyau de la cellule
42
Comment se fait lactivation de Rac ?
GTP
GDP
Rac
Rac
Vav, Sos
actif
Inactif
Vav et Sos sont des GEF (Guanine nucleoside
exchange factor) capable dactiver Rac
43
Comment se fait lactivation de ces GEF ?

• Il existe différentes voies dactivation
• Vav possède un domaine PH (domaine Pleckstrin
  homologie). Il peut ainsi être activé par la PI3-K

PIP3
Domaine PH
Vav
Activation de Vav
La voie des MAPK et la voie de la PI3-K sont
interdépendantes
44
Comment se fait lactivation de ces GEF ?

• La phosphorylation de Sos contrôle les
  interactions avec ces partenaires protéiques

P
sos
Grb2
sos
Grb2
P
sos
E3b1
Eps8
Sos a une activité Ras-GEF activé
Sos a une activité Rac-GEF activé
Activation de Ras et de la voie Erk1/2
Activation de Rac et de la voie Jnk
45
La voie de Jnk récapitulatif
Activation de la PI3-K
Vav sassocie aux lipides phosphorylés
Activation de Vav
Activation de la voie Jnk
Activation de Rac
P
Activation de lactivité Rac-GEF de Sos
P
P
Sos sassocie à E3b1 et Eps8
Erk1/2 phosphoryle Sos et bloque son association
avec Grb2
Activation de la voie Erk1/2
46
Jnk phosphoryle le facteur de transcription c-jun
Une fois activé, Jnk migre dans le noyau ou il
induit la phosphorylation de c-jun sur deux
résidus sérines
47
Les MAPKs stimulent le facteur de transcription
AP1
Le facteur de transcription AP1
c-fos
c-jun
P
P
Jnk
Erk1/2
cytoplasme
noyau
P
P
Jnk
Erk1/2
Induction de lexpression
Phosphorylation de c-jun
P
Activation du facteur de transcription AP1
c-fos
c-fos
c-jun
48
AP1 active l expression du gène de la cycline D
-
Gène cycline D
P
c-fos
c-jun
Gène cycline D
Cycline D
Cycline D
Cycline D
Cycline D
Cycline D
Activation du cycle cellulaire
49
Résumé
PDGF
Voie des MAPKs
Active Erk1/2
Active Jnk
Voie de la PI3 kinase/Akt
Phosphoryle c-jun
Induit c-fos
P
P
P
Augmente la quantité de cycline D
Active le facteur AP1
Active le facteur NF-kB
Induit lexpression de la cycline D
Prolifération
50
Voie des MAPKs et Cancer
Dans de nombreux cancers, Ras présentent une
mutation ponctuelle, qui le rend constitutivement
actif
Ras muté et autoactif
MAPK toujours actives
Prolifération
Ras est un ONCOGENE
51
Les récepteurs aux cytokines

• Les récepteurs aux cytokines nont pas
  dactivité kinase intrinsèque, ils sont associées
  à des protéines kinases cytoplasmiques
• Les cytokines sont des petites protéines qui
  contrôle la réponse immunitaire. Elles peuvent
  induire différentes réponses biologiques
  inflammation, prolifération ou encore
  différenciation
• Les études sur les voies de signalisation suite
  à une stimulation par les récepteurs aux
  cytokines ont permis de caractériser la voie
  Jak/STAT

52
L exemple de lIL-6
IL-6
IL-6
Jak
Jak
Jak
Jak
Jak
P
P
Dimérisation du récepteur et acivation des
protéines Jak
Les protéines kinases Jak sont constitutivement
associées aux récepteurs
Dimérisation du récepteur et acivation des
protéines Jak
53
L activation des facteurs STAT3
IL-6
IL-6
Jak
Jak
Jak
Jak
P
P
P
P
P
Stat3
Stat3
Domaine SH2
Les protéines kinases Jak phosphorylent les
facteurs Stat3 sur un résidu tyrosine
Les facteurs de transcription Stat3 sont recrutés
au niveau du promoteur via leur domaine SH2
54
L activation des facteurs STAT3
IL-6
Stat3
Dimérisation des protéines Stat3
P
P
Stat3
noyau
Jak
Jak
Translocation nucléaire
P
P
P
Stat3
Stat3
P
P
Stat3
55
Les facteurs STAT3 activent lexpression des gènes
-
Gène cible
Stat3
P
P

Stat3
Parmi les gènes cibles de Stat3 se trouvent de
nombreux gènes impliqués dans la régulation du
cycle cellulaire
56
La voie Jak/Stat et Cancer
Le facteur de transcription Stat3 est
constituvement actif dans de nombreux cancers
Les cellules forment des colonies en milieu agar
cDNA Stat3 cis
Les induisent la formation de tumeurs dans des
souris nude
Transfection
Fibroblaste de souris
Les facteurs de transcription STAT3 sont
impliqués dans le processus doncogenèse
57
Les récepteurs à activité enzymatique intrinsèque

• Différentes activités enzymatiques intrinsèques
  ont été mise en évidence
• Activité tyrosine kinase (PTK)
• Ex le récepteur au PDGF, à lEGF ou les
  récepteurs aux cytokines
• Activité sérine/thréonine kinase
• Ex le récepteur au TGF
• Activité tyrosine phosphatase (PTPase)
• Ex CD45
• Activité guanylate cyclase
• Ex Récepteur à lANF (Atrial Natriuretic
  factor)

58
Le récepteur au TGFb
TGFb Transforming growth factor b
Le récepteur au TGFb est constitué de deux sous
unités différentes
TbR-II
TbR-I
Domaine intracellulaire à activité kinase


Autophosphorylation

-
Phosphorylation de lautre sous-unité

-
TbR-II
TbR-I
Phosphorylation des Smad
-

59
Lactivation du récepteur au TGFb
TGFb
P
TbR-II
TbR-I
Le TGFb induit un rapprochement des chaines
réceptrices
Phosphorylation et activation de lactivité
kinase de TbR-I
Activation de lactivité kinase de TbR-II
60
Lactivation des facteurs de transcription Smad
Smad2/3
P
Translocation nucléaire
Smad2/3
P
Smad4
Hétéro dimérisation
P
Smad2/3
P
Smad2/3
Activation de la transcription
Smad4
P
Smad2/3

Smad4
61
(No Transcript)