Biochimie de la transduction des

signaux cellulaires

Master 1

Sciences,Technologies, Santé

M.T. Thébault

Partie 1

Diversité des systèmes de signalisation intracellulaire

Comment les cellules communiquent-elles?

Procaryotes

Eucaryotes

Molécule informati

verécepteur

Cellule de transmission

Cellule cible

Molécule informati

ve

Le devenir d’une cellule dépend de l’intégration de différents signaux

survie

division

différentiation

apoptose

Réponse cellulaire

Milieu extracellulaire

Membrane plasmique

Milieu intracellulaire

Molécule signal

La transduction du signal

Récepteur

Traduction

Les systèmes à un composant

Milieu extracellulaire

Milieu intracellulaire

Ex : Le système DmpR bactérien

Membrane

A

Entrée Sortie : Liaison à l’ADN

C

ATP

Les systèmes à deux composants

Reposent sur la phosphorylation de protéines

Protein

kinase

Structure du premier composant

- Périplasmique- Capteur du stimulus- Facilite l’autophosphorylation de la partie C-terminale

Transmembranaire(hydrophobe) - Séquence conservée

- Cytosolique- Contient le résidu His phosphorylable

N

Domaine senseur

Domaine transmetteur

C

Transmet le signal à la cible

Structure du 2ème composant

Domaine régulateur

Domaine récepteur

C

Contient le résiduAsp phosphorylable

Boîtes

N

Fonctionnement du système

H : HisD : Asp

ATP

Un exemple : CheY

Un domaine constitué de 5 feuillets alternant avec 5hélices .

3 résidus hautement conservés : 2 Asp et 1 Lys

En résumé

Domaine senseur

Domaine transmetteur

Domaine récepteur

Domaine régulateur

HK RR

Les cibles du deuxième composant

Domaine récepteur

Domaine effecteur

Les RR sont souvent des protéines qui se fixent sur l’ADN (activation de la transcription)

Les RR se fixent aussi sur des protéines (activation de seconds messagers)

Milieu intracellulaireA

Entrée Sortie : Liaison à l’ADN

C

ATP

Milieu intracellulaire

Milieu extracellulaire

1 composant

2 composants

Relation diversité et fonction des systèmes

La régulation des porines

La régulation des porines OmpF et OmpC

HK + phosphatase

RR

+ micF

La nage orientée

Mouvement au hasard

Mouvement orienté

Le chimiotactisme

Le récepteur du signal

Ces chimiorécepteurs sont les MCP (Methyl-accepting Chemotaxis

Proteins)

effecteur

domaine périplasmique

(résidus Gln ou Glu)

Méthylation - déméthylation des récepteurs

Le côté externe reconnaît spécifiquement un ou plusieurs produits.

Le côté interne subit une méthylation ou une déméthylation, par 2 protéines antagonistes CheR et CheB.

CheR est une méthylaseCheB est une déméthylase

CH3

CheR

CheB

La régulation de la réponse

2 régulateurs de la réponse

(déméthylase)(commande la réponse)

Entrée

Transduction du signal

Sortie : sens de rotation

La réponse

Mouvement en sens inverse des aiguilles d’une montre : nage

Inversion du sens de rotation : culbute

CheY

L’autokinase CheA

CheA comprend 5 domaines.Elle forme un dimère.

Chaque dimère lie 2 récepteurs, par l’intermédiaire d’une protéine CheW.

D’après Stock et Levit, Current Biology, 2000

CheW

MCP

HK

Le système Pho

Ex: E. coli

2 HK

1 RR

Le système Arc

Système à kinase « hybride »

Détermine l’adaptation réversible de la cellule bactérienne à l’anaérobiose. Son activation entraîne :

-La répression du cyt O et d’enzymes du cycle de Krebs inhibition de la respiration aérobie

-L’activation de la respiration anaérobie et de la fermentation

Un capteur – kinase ArcB

Une protéine régulatrice ArcA

Domaine transducteur primaire

Domaine récepteur

Domaine transducteur secondaire

Les 2 composants

Le fonctionnement du système

D’après Kwon et al., J. Biol. Chem., 278, 13192-13195 (2003)

anaérobiose aérobiose En anaérobiose, ArcB s’autophosphoryle et phosphoryle ArcA sur un résidu Asp, par l’intermédiaire de His292, puis de Asp576, puis de His717

En aérobiose, l’auto-phosphorylation de ArcB est inhibée par les quinones

(lactate)

Le déclenchement de la sporulationL’induction de la sporulation

L’endospore est formée au cours d’une série d’étapes.

Le fonctionnement du systèmeEx : Bacillus subtilis

Phosphorelais

D’après Hoch, in « Two-componant signal transduction », 1995