La Signalisation intracellulaire

1. La Signalisation intracellulaire

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 avec 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 l’EGF 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 l’ANF (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 l’expression des gènes

10. G2 G2 G2 S S S M M M G1 G1 G1 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. Famille des Récepteurs à activité Tyrosine Kinase (RTK) D ’après P Blume-Jensen and T Hunter, Nature 2001: 411, 355

13. Les ligands des RTK Epidermal Growth factor (EGF) Récepteur à l’EGF (EGFR) Stimule la prolifération de nombreux types cellulaires Insulin Growth factor (IGF 1 et 2) Récepteur à l’IGF1 (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

14. La dimérisation du récepteur RTK PDGF Dimérisation du récepteur La fixation du ligand induit une dimérisation (ou oligomérisation du récepteur)

15. L’activation du récepteur RTK PDGF PDGF PDGF P P P Dimérisation du récepteur Activation de l’activité kinase Autophosphorylation du récepteur La dimérisation du récepteur induit l’activation de l’activité tyrosine kinase du récepteur et ainsi son autophosphorylation

16. Signalisation intracellulaire et phosphorylation Activateur non phosphorylé (non actif) KINASE PHOSPATASE (ajout d’un groupement phosphate) (élimination d’un groupement phosphate) Activateur phosphorylé (actif) La transduction intracellulaire du signal se fait par un mécanisme de phosphorylations intracellulaires

17. Signalisation intracellulaire et phosphorylation Récepteur phosphorylé et actif Activation de protéines kinases intracellulaires Cascades de phosphorylations intracellulaires

18. Domaines de reconnaissance des résidus tyrosines phosphorylées • Phosphorylation de tyrosines du domaine porteur de l’activité kinase Contrôle de l’activité 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

19. 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 s’insérer dans la poche positive du domaine SH2

20. Activation des voies de signalisation Induction de la cascade d’activation intracellulaire P P P P P P Recrutement de médiateur à la membrane via une interaction domaine SH2/tyrosine phosphorylée

21. Les grandes voies de signalisation induites PDGF P Voie des MAP kinases (mitogen-activated protein kinase) Voie de la PI3 kinase/Akt P P Activation des facteurs de transcription et expression des gènes Prolifération

22. La voie de la PI3-kinase/Akt • La protéine PI3-kinase (phosphatidylinositol 3-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

23. L’activation de la PI3-kinase L’association de la PI3-kinase aux tyrosines phosphorylées du récepteur induit une modification conformationnelle de la protéine Activation de la sous-unité catalytique de la PI3-kinase

24. La PI3-kinase phosphoryle les lipides membranaires Les lipides membranaires ainsi phosphorylés jouent le rôle de 2nd messagers

25. L’activation de la protéine Akt (protein kinase B ou PKB) Les lipides membranaires phosphorylées servent de point d’ancrage à deux protéines kinase: les phosphoinositide-dependent kinase, la PDK1 et Akt

26. L’activation de la protéine Akt (PKB) • L’interaction se fait via des domaines particuliers appelés domaines PH (domaine Pleckstrin homologie) • L’interaction de Akt avec les lipides permet un changement de conformation. Akt peut alors être phosphorylé et donc activé par PDK1

27. Akt induit la prolifération • Akt va induire la prolifération cellulaire de différentes façons: • il induit l’activation du cycle cellulaire • il active des facteurs de transcription qui vont permettent l’expression de gènes impliqués dans la prolifération • il bloque l’apoptose

28. 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 (Glycogen synthase kinase). Il bloque ainsi la dégradation de la cycline D

29. 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 l’activation des gènes

30. Rétrocontrôle de la voie PI3-Kinase/Akt Akt PI(4,5)P2 PI(3,4,5)P3 PTEN PTEN (Phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10) déphosphoryle les lipides membranaires Décrochage de Akt de la membrane plasmique Inactivation de Akt et arrêt du signal

31. La voie PI3-kinase/Akt et cancers Dans des conditions normales :

32. La voie PI3-kinase/Akt et cancers Dans les gliomes (tumeurs cérébrales), PTEN est inactivé PTEN est un gène suppresseur de tumeur

33. 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

34. 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 L’activation de ces différentes voies dépend du type cellulaire et du signal extracellulaire impliqué

35. La cascade d’activation 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

36. La voie Erk1/2 Interaction avec les Ptyr du récepteur PDGF Domaine SH2 PI3K P Domaine SH3 P p110 p85 P sos P 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

37. Activation de Ras par Sos PDGF ras ras P P GDP GTP Inactif P Actif sos P Grb2 Sos est un facteur d’échange de nucléotides guanine (GEF) qui permet l’activation de ras

38. Activation de Raf par Ras L’association de ras avec Raf modifie l’interaction entre Raf et les protéines 14-3-3 du cytoplasme Inactif Raf adopte une conformation active actif

39. La Famille des Protéines GTPases Ras RasRhoRabArfRan Rab1-N Arf1-6 Ran H-Ras N-Ras K-Ras TC21 Rap1 Rap2 R-Ras RalA RalB RhoA RhoB RhoC RhoG RhoE CDC42 Rac1 Rac2 Transport Nucléaire . Ras est le Membre Fondateur d’une Famille de plus de 70 GTPases . Très conservée: les 164 acides aminés du ras humain et poulet ne diffèrent qu’à deux positions . La Conservation Témoigne de Fonctions Essentielles à la Cellule. Cytosquelette Migration Prolifération Différenciation

40. Activation de Erk1/2 Raf => MKK1 (Map kinase kinase) Mise en place d’un 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

41. Erk1/2 induit l’expression de c-fos P Erk1/2 noyau P Erk1/2 P Elk1 Elk1 Facteur de transcriptioninactif actif P Elk1 ++ Expression de c-fos Gène c-fos

42. 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

43. La voie des Jnk c-Jun N-terminal kinases MEKK1 Inactif Rac MEKK1 actif P MKK4 MKK4 inactif actif P Jnk Jnk actif inactif Migration dans le noyau de la cellule

44. Comment se fait l’activation de Rac ? GTP GDP Rac Rac Vav, Sos Inactif actif Vav et Sos sont des GEF (Guanine nucleoside exchange factor) capable d’activer Rac

45. Comment se fait l’activation de ces GEF ? • Il existe différentes voies d’activation • Vav possède un domainePH (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

46. Comment se fait l’activation 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

47. La voie de Jnk : récapitulatif Activation de la PI3-K Vav s’associe aux lipides phosphorylés Activation de Vav Activation de la voie Jnk Activation de Rac P Activation de l’activité Rac-GEF de Sos P P Sos s’associe à E3b1 et Eps8 Erk1/2 phosphoryle Sos et bloque son association avec Grb2 Activation de la voie Erk1/2

48. 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

49. Les MAPKs stimulent le facteur de transcription AP1 (adaptor-related protein complex 1) Le facteur de transcription AP1: c-fos c-jun P P Erk1/2 Jnk cytoplasme noyau P P Erk1/2 Jnk Induction de l’expression Phosphorylation de c-jun P Activation du facteur de transcription AP1 c-fos c-fos c-jun

50. 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