Seconds Messagers

Les systèmes de second messager dans la transduction des signaux

Lasignalisation cellulaire est le processus par lequel une molécule de signalisation appelée ligand se lie à une protéine réceptrice dans ou sur la cellule cible, déclenchant une réponse cellulaire spécifique telle que la croissance ou la mort de la cellule .

Lesligands petits et hydrophobes ou non polaires, y compris les hormones stéroïdes comme la testostérone et la progestérone, peuvent traverser l' intérieur hydrophobe de la membrane plasmique afin de se lier aux récepteurs intracellulaires (ou récepteurs internes) dans le cytoplasme et d'influencer directement l'ADN .

En revanche, les ligands hydrophiles ou polaires tels que les hormones dérivées des acides aminés ne peuvent pas traverser la membrane plasmique ; ils doivent donc transmettre le signal à d'autres récepteurs ou messagers par le biais d'un processus appelé transduction du signal.

Leréseau par lequel un signal est transmis via l'activation (ou la désactivation) séquentielle de protéines réceptrices ou de seconds messagers s 'appelle lavoie de transduction du signal.

Définition du second messager en biologie

Dans une voie de transduction du signal, les seconds messagers sont de petites molécules non protéiques ou des ions qui transmettent un signal qui a été généré lorsque le ligand se lie au récepteur à la surface de la cellule.

Les seconds messagers contribuent à la transmission du signal à l'intérieur de la cellule en modifiant l'activité des protéines cellulaires cibles. Parce qu'ils sont petits, les seconds messagers peuvent rapidement se répandre dans la cellule par diffusion.

Les seconds messagershydrosolubles comme l'AMPc se diffusent dans le cytosol (le liquide qui remplit l'intérieur d'une cellule), tandis que les seconds messagers liposolubles comme le diacylglycérol (DAG) se diffusent dans la région interne de lamembrane plasmiqueoù se trouvent d'autres protéines de signalisation .

Fonction du deuxième messager

Comme nous l'avons déjà mentionné, la transduction des signaux peut s'effectuer de deux façons. La première consiste à recruter des protéines réceptrices. Les protéines ont la capacité d'effectuer des interactions spécifiques avec d'autres protéines, c'est pourquoi elles remplissent des fonctions plus complexes dans la transduction du signal. Au contraire, bien qu'ils ne puissent pas remplir de fonctions complexes, les seconds messagers sont beaucoup plus petits et plus mobiles, ce qui leur permet de relayer et d'amplifier rapidement les signaux dans l'ensemble de la cellule.

Ainsi, lorsqu'une réponse rapide et étendue est nécessaire, les seconds messagers sont plus fréquents dans la voie de transduction des signaux.

Les seconds messagers se lient à des cibles protéiques spécifiques, qu'ils modifient pour relayer les signaux en aval. Ces cibles sont généralement des enzymes dont l'activité catalytique est modifiée par la liaison des seconds messagers. Il est important de noter qu'un second messager ne se contente pas de relayer les signaux, mais les amplifie également en activant plusieurs protéines cibles.

Exemples de seconds messagers

Discutons de quelques exemples marquants de seconds messagers. Nous aborderons ici les ions calcium, l'IP3, le DAG et l'AMPc.

Les ions calcium

Lesions calcium (^Ca2+) sont souvent utilisés comme second messager par les cellules dans les voies qui sont activées par les récepteurs couplés aux protéines G et les récepteurs tyrosine kinases.

Les cellules ont tendance à avoir de très faibles concentrations de ^Ca2+ parce que les pompes ioniques de la membrane plasmique l'éliminent constamment à l'aide de l'adénosine-5'-triphosphate (ATP). Lorsqu'il n'est pas utilisé, le ^Ca2+ est stocké dans des vésicules cytoplasmiques du réticulum endoplasmique oudans des compartiments de stockage intracellulaires à l'extérieur de la cellule.

Au cours de la transduction des signaux, les canaux ioniques calciques ligandés permettent à de plus grandes quantités de ^Ca2+ présentes à l'extérieur de la cellule de s'écouler dans le cytoplasme, augmentant ainsi la concentration cytoplasmique de ^Ca2+.

L'augmentation du ^Ca2+ génère des réponses cellulaires variées, en fonction du type de cellule concerné. Par exemple, la signalisation du ^Ca2+ provoque la libération d'insuline dans les cellules β du pancréas, tandis qu'une augmentation du ^Ca2+ dans les cellules musculaires provoque des contractions musculaires. D'autre part, une augmentation du ^Ca2+ dans les cellules végétales peut entraîner le verdissement en réponse à la lumière.

Inositol triphosphate (IP3) et diacylglycérol (DAG)

La concentration de calcium dans le cytosol peut augmenter en réponse à un signal envoyé par une voie de transduction du signal qui permet au ^Ca2+ d'être libéré du réticulum endoplasmique de la cellule.

En amont, deux autres seconds messagers - letriphosphate d'ositol(IP3) et le diacylglycérol (DAG)- sont impliqués dans les voies qui mènent à la libération de ^Ca2+. Ces deux messagers sont créés dans la membrane plasmique par le clivage d'un type spécifique de phospholipide.

L'IP3 passe de la membrane plasmique au cytoplasme où il se lie aux canaux calciques ligandés présents dans le réticulum endoplasmique, provoquant la libération d'ions ^Ca2+ qui poursuivent la cascade de signaux. D'autre part, le diacylglycérol (DAG) reste dans la membrane plasmique où il active la protéine kinase C (PKC). La PKC activée phosphoryle ensuite les résidus de sérine et de thréonine dans ses protéines cibles.

Comme l'activation de l'IP3 est en amont du calcium dans ces voies, le calcium est en fait le troisième messager, mais comme nous l'avons mentionné plus haut, les scientifiques utilisent le deuxième messager comme terme général pour toutes les petites molécules non protéiques impliquées dans une voie de transduction du signal.

Système de second messager AMP cyclique (AMPc)

L'adénosine monophosphate cyclique (AMP c) est un autre exemple de second messager. L'AMPc est produit par l'adénylyl cyclase - uneenzyme intégrée à la membrane plasmique - à partir de l'adénosine triphosphate (ATP).

Lorsque l'AMPc se lie à une enzyme appelée kinase dépendante de l'AMPc (A-kinase) et l'active, celle-ci phosphoryle (et donc active) les résidus sérine et thréonine des protéines cibles. De nombreux types de cellules contiennent de l'A-kinase, et les protéines cibles de chaque type de cellule diffèrent, ce qui donne lieu à des réponses variables à l'AMPc dans les différentes cellules.

Fig. 1 Ce schéma montre comment l'AMPc fonctionne en tant que second messager dans une voie de transduction du signal.