GB3!09!10-Signalisation-Cours E. Macia Généralités Et RCPG

8/18/2019 GB3!09!10-Signalisation-Cours E. Macia Généralités Et RCPG

1/118


2/118


3/118

1-Principes généraux de la communication cellulaire

Comment les cellules communiquent elles ?

Les différents types de signaux chimiquesLes différentes formes de communications via les molécules sécrétées

Le devenir d’une cellule : L’intégration des signaux

2-Les récepteurs membranaires

Historique de la not ion de récepteur

Généralité sur la transduction des signaux

Les différentes famil les de récepteurs

La notion d’interrupteur moléculaire

3-Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG)

Différents éléments du couplage

Voies de transduction dépendantes des protéines G

Voies de transduction indépendantes des protéines G


4/118


5/118


6/118


7/118


8/118

MEC = Matrice extra cellulaire.


9/118


10/118


11/118


12/118


13/118


14/118


15/118


16/118


17/118


18/118


19/118


20/118

Survie

Division

Differentiation

Mort


21/118


22/118


23/118



Les différents types de signaux chimiques

Les différentes formes de communications via les molécules sécrétées



Historique de la not ion de récepteur Généralité sur la transduction des signaux








24/118


25/118


26/118


27/118


28/118


29/118


30/118


31/118


32/118



Les différents types de signaux chimiques

Les différentes formes de communications via les molécules sécrétées



Historique de la not ion de récepteur Généralité sur la transduction des signaux








33/118


34/118

Les premiers modèles qui ont d’abord émergé et qui nous ont éclairé sur notre compréhension des

récepteurs couplés aux protéines G comprennent l’étude du récepteur β2 adrénergique (Lefkowitz

et al.1986; Dohlman et al. 1991) ainsi que du récepteur de la rhodopsine (Benovic et al.1986) .

Cellule en bâtonnet.

Les cellules en bâtonnet de la rétine sont

des neurones très spécialisés dont le

segment externe contient principalement

une membrane plasmique enveloppant

un empilement de disques membranaires.Les disques contiennent 50% de lipides

et 50% de protéines. La rhodopsine

constitue la majorité des protéines

membranaires intrinsèques du disque.

Une molécule de rhodopsine est

représentée avec sept hélicestransmembranaires formant un corps

central qui fournit une poche au 11-cis

rétinien. (Hargrave et al. 1993).


35/118


36/118


37/118


38/118


39/118

Cours signalisation final\Diapositive38.TIF

Deux vues de la rhodopsine.

A) Les sept hélices alfa de la rhodopsine traversent la bicouche lipidique de l’environnement extracellulaire (bas) à la région

cytoplasmique (haut). Le chromophore rétinien (jaune) est niché dans les hélices transmembranaires.B) Vue d’un plan membranaire, du coté cytoplasmique de la membrane.

α

Classification des RCPG


40/118

Classification des RCPG.Représentation schématique de la structure générale des RCPG et des interactions ligand-récepteur.

Les RCPG se subdivisent en

trois sous-famille (Gether et al.

2001). La localisation des ligandsest présentée en jaune.

La famille A se caractérise par

une série de résidus fortement

conservés. Dans la plupart des

récepteurs de la famille A un pontdisulfure relie la boucle E2 à la

boucle E3. De plus, la majorité

de ces récepteurs ont une

cystéine palmitoylé, dans la

région C-terminal, du côté

cytoplasmique. Les ligands

comprennent les amines

biogenique (adrenaline,

serotonine, dopamine, histamine),

neuropetide Y, adénosine,

chemokines et melatonine, …

Classification des RCPG.


41/118



Les récepteurs de la famille B sont caractérisés par un

long domaine N- terminal extracellulaire contenant une

série de résidus cysteines formant certainement un

réseau de pont disulfure. Les membres représentatifs

des récepteurs de la famille B comprennent le

récepteur à calcitonine, le récepteurs à glucagon, et le

récepteur au peptide vasiactif intestinal (VIP).

Classification des RCPG.


42/118


Les récepteurs de la famille C sont caractérisés par un très

long domaine N-terminal extracellulaire contenant un site

de fixation au ligand. Il n’y a qu’un putatif pont disulfure et

la troisième boucle cytoplasmique est très petite. Les

récepteurs de goût, les récepteurs métabotropiques du

glutamate, récepteurs GABA, récepteurs Ca+

appartiennent à cette classe.


GPCR : Variation sur un thèmeA hit t d é t PACAP d i t d'é i t l é ifi ité d l


43/118

Architecture du récepteur PACAP, de ses variants d'épissage et leur spécificité de couplage.

Les variants

d'épissage sont

générés par insertion

dans la boucle i3,

d'une ou deux

cassettes de 28

résidus appelés, "hip",

"hop". L'insertion a

lieu six résidus avantle TMVI, une région

critique pour le

couplage aux

protéines-G. PVR1 :

récepteur du PACAP.

GPCR : Variation sur un thème


44/118

Modification de la transduction par phosphorylation des domaines de couplage des RCPG.

Le récepteur β 2-adrénergique est

normalement bien couplé à Gα s et

peu à Gα i. Après phosphorylation

par la protéine kinase A,notamment d'une sérine du

domaine i3 (S-262), cette

spécificité de couplage s'inverse.

G βγ relargué suite à l'activation de

Gα i stimule la voie des MAP

kinases (Daaka et al., 1997)

Le récepteur mGluR5 produit une

augmentation de la concentration de

Ca++ oscillant lorsque la thréonine

(T-840) est phosphorylée par laprotéine kinase C (PKC), et non

oscillant lorsque cette thréonine ne

peut être phosphorylée (en

présence d'un inhibiteur des PKC).

Glu : glutamate. Adapté d'après

(Kawabata et al., 1996)


45/118


46/118

GPCR : Variation sur un thèmeDimérisation des RCPG : une révolut ion dans la structure et la fonct ion de ces récepteurs


47/118

La famille des peptides de la calcitonine comprend cinq membres : la calcitonine, l'amyline, l'adrénomédulline, le

CGRP1 et le CGRP2. Le récepteur CRLR génère deux récepteurs pharmacologiquement distincts par association

avec les protéines RAMP. Le complexe CRLR/RAMP-1 conduit à la formation du récepteur CGRP alors quel'association CRLR/RAMP-2 (ou RAMP-3) crée le récepteur de l'adrénomédulline (McLatchie et al., 1998).

Rôle des protéines RAMP dans l'identité finale des récepteurs de la famille de la calcitonine.

GPCR : Variation sur un thèmeDimérisation des RCPG : une révolut ion dans la structure et la fonction de ces récepteurs


48/118

Dimérisation des RCPG : une révolut ion dans la structure et la fonction de ces récepteurs

GPCR : Activation

GPCR : Activation


49/118

GPCR : ActivationGPCR : Activation

Arrows in the diagram indicate an

outward (away from the bundle)

movment of the cytoplasmic ends of

III, VI and VII. A clockwise rotation

of VI about its helical axis as viewedfrom the intracellular side might also

occur

Meng and Bourne (2001)


50/118

3. Nouvelles voies independantes des proteines G

4. Modulation de l’activité des récepteurs


51/118


52/118


53/118


54/118


55/118


56/118


57/118

Le modèle à trois partenaires


58/118

Le modèle à quatre partenaires


59/118

Représentation schématique des domaines fonctionnels des protéines RGS.

Les 120 résidus d'acides aminés du domaine central des protéines RGS (domaine RGS) forment une structure

composée de 9 hélices α , nécessaire et suffisante pour stimuler l'activité GTPase de Gα -GTP et bloquer la

signalisation dépendante des protéines-G. Les régions N- et C-terminales des protéines RGS, situées de part et

d'autre du domaine RGS, sont le site d'interaction avec d'autres protéines. L'association avec ces nouveaux

partenaires permet la régulation d'autres fonctions cellulaires (Hepler, 1999)

Protéines associées et fonctions attribuées aux protéines RGS


60/118

Les protéines RGS interagissent avec les sous-unités Gα activées (rouge). Les régions N- et C-terminales des protéines RGS permettent l'association avec d'autres partenaires que Gα (bleu). La

formation de ces complexes initie de nouvelles voies de signalisation et autorise la régulation d'autres

fonctions cellulaires

Mécanisme d’action des toxines ADP-

ribosylante des G


61/118

ribosylante des G

.


62/118


63/118


64/118


65/118

Mécanisme d’action de la toxine cholérique.


66/118

Cholera Toxin - Causative

agent of cholera, secreted

by Vibrio cholerae while in

the small intestine.

Heterohexameric (AB5)

protein toxin B5 allows entry

into epithelial cells by

docking on GM1gangliosides.

Enzymatically active A

catalyzes ADP-ribosylation

of GSα.

Mécanisme d’action de la toxine cholérique.


67/118

Sous unité A1

de la Toxine

Cholérique

Le fragment A1 de la toxine cholérique catalyse l’ADP-ribosylation, par NAD+ d’un

résidu Arg de la sous unité Gαs empêchant ainsi cette sous unité d’hydrolyser le

GTP.


68/118

LA COQUELUCHELa coqueluche est affection aiguë des voies respiratoires


69/118

La coqueluche est affection aiguë des voies respiratoires

supérieures commençant par une phase catarrhale avec toux sèchesuivie de la période des quintes avec sa toux caractéristique.

La toxine pertussique (PTX), sécrétée par Bordetella

pertussis est un des agents responsable entrainant la maladie.


70/118


71/118




72/118


73/118


74/118


75/118

chaque récepteur protéique

Molécule de

liguand informatif

Récepteur

protéique


76/118

q p p q

activé peut activer de

nombreuses molécules de

protéines Gs et chacune

d’entre elles libère une sous

unité α qui peut activer unemolécule d’adénylate cyclase

pour une période prolongée

Sous unité α de la

protéine Gs

Adénylate cyclase

activée

Chaque molécule d’adénylate

cyclase activée engendre de

nombreuses molécules d’AMPc

Les molécules d’AMPc

activent la kinase A

Chaque molécule de kinase A

phosphoryle et par conséquent

active de nombreuses copies de

l’enzyme X

Chaque molécule de

l’enzyme X fabrique de

nombreuses molécules

de produit


77/118




78/118


79/118


80/118


81/118


82/118


83/118


84/118

B-adrenergic stimulation (Adrénaline)


85/118

Glycogen phosphorylase

kynase


Protein kinase A

Glycogen synthase

Increased glycogen

degradation

Decreased glycogen

synthesis

Glycogen phosphorylasekynase


Glycogen synthase

B-adrenergic stimulation (Glucagon)

Increased glycogen

degradationDecreased glycogen

synthesis


86/118




87/118


88/118


89/118


90/118


91/118


92/118


93/118


94/118


95/118


96/118

11


97/118


98/118


99/118

Le domaine C1 est situé en N-

terminal de la PKC. Il contient

une ou deux copies d’un

domaine riche en cystéines

d’environ 50 acides aminescapable de lier le DAG et les

esters de phorbol comme le

PMA.

Les esters de Phorbol sont des

promoteurs de tumeurs et causent

une variété de changements

physiologiques en activant

directement la PKC.

Les Protéines Kinases C : Activation


100/118

1) La PKC néo-synthetisée est phosphorylée sur sa boucle d’activation (Thr 500)

par la proteine-kinase-1 phospho-inositide-dépendante (PDK1). 2) La PKC,devenue catalytiquement active, auto-phosphoryle deux sites de son segment C-

terminal (Thr 641 et Ser 600). Cependant la liaison du segment pseudo-substrat

N-terminal au site actif de la PKC rend l’enzyme inactive. 3) Avec la liaison de C1

au DAG et la liaison, par l’intermédiaire du Ca2+, du domaine C2 a la

phosphatidylsérine (PS) le pseudo-substrat est éjecté du site actif.


101/118


102/118


103/118



"Infidélité" des RCPG pour les protéines-G


104/118

Modèle proposé pour l'inhibition de l'échangeur Na+/H+ par NHERF : rôle des protéines de type PDZ

Le facteur régulateur de l'échangeur Na+/H+ (NHERF) fonctionne comme un adaptateur entre le récepteur β 2-adrénergique

( β 2-AR) et l'échangeur Na+/H+ de type 3 (NHE3). Via ses deux domaines PDZ, NHERF reconnaït les séquences consensus

(motif PDZ) présentes sur les protéines cibles NHE3 et β 2-AR. La régulation directe de l'activité de NHE3 par NHERF

s'effectue après phosphorylation de l'échangeur Na+/H+ par la protéine kinase A (PKA). Adapté d'après (Orlowski et

Grinstein, 1997 - Lamprecht et al., 1998 - Bockaert et Pin, 1999)

Régulation du relargage de Ca++ par

"Infidélité" des RCPG pour les protéines-G


105/118

Régulation du relargage de Ca++ par

interaction des récepteurs métabotropiques

avec les protéines Homer : rôle des protéines

de type EVH. Cours signalisation

final\Diapositive92.TIF

La région C-terminale ("Homer ligand") des récepteurs

métabotropiques (mGluR1a et mGluR5) s'associe aux

domaines EVH des protéines Homer. Homer-1 (b et c),

Homer-2 et Homer-3 encodent également un domaine

"coiled-coil" C-terminal conférant la capacité à dimériser.

Le domaine EVH des protéines Homer lie également

l'"Homer ligand" situé sur les récepteurs IP3 (RIP3) etryanodine (RRy). Homer 1a bloque la formation du

complexe entre mGluR et les autres protéines Homer (Tu

et al., 1998 - Xiao et al., 1998 - Bockaert et Pin, 1999).

Une excitation neuronale intense induit l’expression de la

protéine Homer1a qui entre alors en compétition avec laprotéine Homer 3 pour la liaison avec les récepteurs.

L’hypothèse suggérée est que les contraintes structurales

au niveau du domaine C-terminal intracellulaire des

récepteurs mGlu1a ou mGlu5 sont alors modifiées et que

les récepteurs activent spontanément la protéine G (G*).


106/118



Diminution de la concentration en agoniste Désensibilisation par phosphorylation


107/118

Internalisation Down-regulation

Atténuation du couplage récepteur-protéines-G.

Différents modes de régulation de la concentration extracellulaire en agoniste


108/118

(A) : Les amines telles que la dopamine sont éliminées

par des transporteurs spécifiques présents sur la cellule

sécrétrice.

(B) : L'acétylcholine est rapidement supprimée par

activation de l'acétylcholinestérase et recapture d'un

des produits de dégradation, la choline, qui devient lacible des transporteurs.

(C) : Les neuropeptides tels que la substance P sont

dégradés par l'endopeptidase-24,11 (NEP) en

fragments dépourvus d'activité biologique. (Böhm et al.,

1997).


109/118

Phosphorylation des RCPG par les kinases couplées aux protéines-G

Propriétés moléculaires des "G-

protein receptor kinases" (GRK)


110/118

β ARK-1, β -adrenergic receptor kinase-

1 ; β ARK-2, β -adrenergic receptor

kinase-2 ; domaine PH, pleckstrin

homology domain ; PKC, protéine

kinase C ; PL, phospholipide ; RK,rhodopsine kinase. Adapté d'après

(Krupnick et Benovic, 1998 - Penn et

Benovic, 1998 - Pitcher et al., 1998a).

Les séquences des six GRK connues de mammifère

sont représentées schématiquement. L'organisation

structurale de ces protéines est divisée en trois

domaines fonctionnels : le corps central responsable

de l'activité catalytique et les régions N- et C-terminale.

La divergence de séquences entre les différentes GRKs'observe au niveau du domaine C-terminal :

farnésylation de GRK1, présence de domaines de

liaison à G βγ sur GRK2 et GRK3, palmitoylation de

GRK4 et de GRK6, interaction électrostatique de la

région polybasique de GRK5 avec la membrane

(Krupnick et Benovic, 1998).

Structure des "G-protein receptor kinases" (GRK)


111/118

La famille des arrestines

Organisation structurale des arrestinesPlusieurs domaines fonctionnels :

A domaine de reconnaissance de l'état


112/118

O ga a a a A, domaine de reconnaissance de l étatactivé du récepteur ;

P, domaine de reconnaissance du degré de

phosphorylation du récepteur ;

R1, R2, régions régulatrices N- et C-

terminales ;S, site secondaire d'interaction avec le

récepteur ; (losange), site potentiel de

phosphorylation par la PKC ; (cercle), site

potentiel de phosphorylation par la kinase

GMPc dépendante et par la PKC.

Les β -arrestines-1 et -2 présentent unerégion C-terminale additionnelle de 15

acides aminés responsable de la liaison à la

clathrine. (Ferguson et Caron, 1998).

Propriétés moléculaires des arrestines

rho, rhodopsine ; β 2AR, récepteur β 2-

adrénergique ; M2 mAChR, récepteurmuscarinique de type M2.

Adapté d'après (Krupnick et Benovic,

1998 - Penn et Benovic, 1998)


113/118


114/118

REGULATION NEGATIVE OU "DOWN REGULATION" DES RCPG

L'exposition prolongée à un agoniste (A)

provoque la diminution du nombre total

de récepteurs présents à la surface


115/118

de récepteurs présents à la surface

cellulaire. Cette réduction du nombre de

récepteurs d'un type donné peut résulter :

- De l'augmentation de la dégradation

des récepteurs pré-existants dans les

compartiments lysosomaux. Il n'est pas

encore établi si l'internalisation constitue

l'étape initiale de cette dégradation ou si

une voie distincte délivre les RCPG aux

lysosomes.

- De la diminution de la synthèse desrécepteurs. Diminution de l'expression

génique et/ou de l'activation

d'événements post-transcriptionnels tels

que la déstabilisation des ARNm.

Abréviations : A, agoniste ; CREB,

transcription factor cAMP responseelement binding protein ; CREM, CRE

modulator ; E, effecteur ; G, protéine-G ;

PKA, protéine kinase A ; SE, sorting

endosome.


116/118


117/118


118/118

Documents

GB3!09!10-Signalisation-Cours E. Macia Généralités Et RCPG