chapitre 11 La communication cellulaire 245
Des recherches ultérieures ont montré que l’adrénaline n’est
ni la seule hormone ni la seule molécule de signalisation qui
déclenche la production d’AMPc. Elles ont aussi révélé les
autres intermédiaires des voies faisant intervenir l’AMPc,
notamment les protéines G, les récepteurs couplés à une protéine G et les protéines kinases (figure 11.12). L’effet immédiat habituel de l’AMPc est l’activation d’une sérine-thréonine
kinase appelée protéine kinase A (PKA). L’AMPc se fixe à un site
allostérique d’une sous-unité de régulation de la PKA (voir le
concept 8.5). Celle-ci phosphoryle alors d’autres protéines,
dont la nature dépend de la cellule. Les protéines phosphorylées peuvent donc varier selon le type de cellule, de sorte que
les réponses produites seront différentes : c’est ce qui explique
qu’une même hormone puisse induire des réponses différentes
selon le type de tissu sur lequel elle agit. (La voie conduisant
à la dégradation de glycogène en réponse à une stimulation
provoquée par l’adrénaline dans les cellules hépatiques est
illustrée à la figure 11.16.)
Des mécanismes mettant en jeu des protéines G inhibant
l’adénylate cyclase permettent de réguler plus finement le
métabolisme cellulaire. Dans ces systèmes, une molécule de
signalisation spécifique active un récepteur qui active à son
tour une protéine G inhibitrice.
Maintenant que nous connaissons le rôle de l’AMPc dans
les voies de transduction faisant intervenir des protéines G,
nous pouvons expliquer, sur le plan moléculaire, l’étiologie de
certaines maladies d’origine bactérienne. Prenons l’exemple
du choléra, une maladie contagieuse qu’on attrape lorsqu’on
boit de l’eau contaminée par des matières fécales de personnes
contaminées. La maladie est causée par le vibrion cholérique,
Vibrio cholerae, une bactérie qui sécrète une toxine et qui colonise les cellules épithéliales de l’intestin grêle (en y formant
un biofilm). La toxine cholérique est constituée d’une enzyme
qui modifie chimiquement une protéine G régulant la sécrétion d’eau et de sels dans la lumière intestinale. Incapable
d’hydrolyser le GTP en GDP, la protéine G modifiée demeure
active et stimule continuellement l’adénylate cyclase, qui ne
cesse de produire de l’AMPc. Sous l’effet de ces concentrations
élevées d’AMPc, les intestins se mettent à sécréter d’énormes
quantités de sels qui entraînent l’eau par osmose. Cette eau
se retrouve dans les selles, causant rapidement une diarrhée
intense qui peut être mortelle si elle n’est pas traitée.
La recherche sur les voies de transduction faisant intervenir l’AMP cyclique ou des messagers apparentés a permis de
mettre au point des traitements pour certaines maladies
humaines. Une de ces voies de transduction utilise le GMP
cyclique, ou GMPc, une molécule de communication qui favorise notamment la relaxation des cellules musculaires lisses
des parois artérielles. Un composé issu de cette recherche
inhibe l’enzyme qui catalyse l’hydrolyse du GMPc en GMP,
ce qui a pour effet de maintenir une concentration élevée de
GMPc et de prolonger le signal. À l’origine, on prescrivait ce
produit aux personnes atteintes de douleurs thoraciques parce
qu’il augmentait la circulation sanguine vers le cœur. Commercialisé sous le nom de Viagra, ce composé est maintenant
un traitement très connu de la dysfonction érectile. Le Viagra,
ainsi que d’autres médicaments du même genre, provoque
une dilatation des vaisseaux sanguins, ce qui accroît l’apport
sanguin vers le pénis, créant de ce fait des conditions physiologiques favorables à l’érection.
Les ions calcium et l’inositol triphosphate
Chez les Animaux, un grand nombre de molécules de signalisation, notamment les neurotransmetteurs, les facteurs de
croissance et certaines hormones, suscitent des réponses cellulaires grâce à des voies de transduction qui augmentent
la concentration cytosolique d’ions calcium (Ca
21
). Bien
que l’AMPc ait été découvert en premier, les recherches ont
montré que le calcium est un second messager beaucoup plus
commun que l’AMPc. L’augmentation de la concentration
d’ions Ca
21
peut déclencher plusieurs types de réponses chez
les cellules animales, notamment la contraction, la sécrétion
de certaines substances ou la division cellulaire. Chez les cellules végétales, toutes sortes de signaux hormonaux et environnementaux provoquent de brèves augmentations de la
concentration de Ca
21
dans le cytosol, ce qui amorce diverses
voies de transduction, par exemple celle du verdissement en
réaction à la lumière (voir la figure 39.4, p. 957). Que ce soit
dans les cellules animales ou végétales, le calcium réalise ses
différentes fonctions en s’unissant d’abord à une protéine
comme la calmoduline. En se liant à quatre ions calcium,
la molécule de calmoduline change sa forme, ce qui la rend
apte à activer d’autres protéines cellulaires. Les cellules utilisent ce second messager à la fois dans les voies où les protéines G interviennent et dans celles qui mettent en jeu des
tyrosines kinases.
Bien que les cellules contiennent toujours du calcium,
celui-ci peut agir en tant que second messager parce que, en
temps normal, sa concentration dans le cytosol est beaucoup
plus faible que sa concentration extracellulaire (figure 11.13).
m Figure 11.12 L’AMPc, un second messager dans une voie
où les protéines interviennent. Une molécule de signalisation (soit le
« premier messager ») active le récepteur couplé à la protéine G, lequel active
une protéine G spécifique. À son tour, celleci active l’adénylate cyclase,
qui catalyse la conversion de l’ATP en AMPc. Cette dernière agit alors
comme second messager et active une autre protéine, habituellement
la protéine kinase A.
Premier messager
(molécule de signalisation
comme l’adrénaline)
ATP
Second
messager
Récepteur protéique
couplé à une protéine G
Protéine G
Adénylate
cyclase
Protéine
kinase A
cAMP
Réponses cellulaires
GTP
Des recherches ultérieures ont montré que l’adrénaline n’est
ni la seule hormone ni la seule molécule de signalisation qui
déclenche la production d’AMPc. Elles ont aussi révélé les
autres intermédiaires des voies faisant intervenir l’AMPc,
notamment les protéines G, les récepteurs couplés à une protéine G et les protéines kinases (figure 11.12). L’effet immédiat habituel de l’AMPc est l’activation d’une sérine-thréonine
kinase appelée protéine kinase A (PKA). L’AMPc se fixe à un site
allostérique d’une sous-unité de régulation de la PKA (voir le
concept 8.5). Celle-ci phosphoryle alors d’autres protéines,
dont la nature dépend de la cellule. Les protéines phosphorylées peuvent donc varier selon le type de cellule, de sorte que
les réponses produites seront différentes : c’est ce qui explique
qu’une même hormone puisse induire des réponses différentes
selon le type de tissu sur lequel elle agit. (La voie conduisant
à la dégradation de glycogène en réponse à une stimulation
provoquée par l’adrénaline dans les cellules hépatiques est
illustrée à la figure 11.16.)
Des mécanismes mettant en jeu des protéines G inhibant
l’adénylate cyclase permettent de réguler plus finement le
métabolisme cellulaire. Dans ces systèmes, une molécule de
signalisation spécifique active un récepteur qui active à son
tour une protéine G inhibitrice.
Maintenant que nous connaissons le rôle de l’AMPc dans
les voies de transduction faisant intervenir des protéines G,
nous pouvons expliquer, sur le plan moléculaire, l’étiologie de
certaines maladies d’origine bactérienne. Prenons l’exemple
du choléra, une maladie contagieuse qu’on attrape lorsqu’on
boit de l’eau contaminée par des matières fécales de personnes
contaminées. La maladie est causée par le vibrion cholérique,
Vibrio cholerae, une bactérie qui sécrète une toxine et qui colonise les cellules épithéliales de l’intestin grêle (en y formant
un biofilm). La toxine cholérique est constituée d’une enzyme
qui modifie chimiquement une protéine G régulant la sécrétion d’eau et de sels dans la lumière intestinale. Incapable
d’hydrolyser le GTP en GDP, la protéine G modifiée demeure
active et stimule continuellement l’adénylate cyclase, qui ne
cesse de produire de l’AMPc. Sous l’effet de ces concentrations
élevées d’AMPc, les intestins se mettent à sécréter d’énormes
quantités de sels qui entraînent l’eau par osmose. Cette eau
se retrouve dans les selles, causant rapidement une diarrhée
intense qui peut être mortelle si elle n’est pas traitée.
La recherche sur les voies de transduction faisant intervenir l’AMP cyclique ou des messagers apparentés a permis de
mettre au point des traitements pour certaines maladies
humaines. Une de ces voies de transduction utilise le GMP
cyclique, ou GMPc, une molécule de communication qui favorise notamment la relaxation des cellules musculaires lisses
des parois artérielles. Un composé issu de cette recherche
inhibe l’enzyme qui catalyse l’hydrolyse du GMPc en GMP,
ce qui a pour effet de maintenir une concentration élevée de
GMPc et de prolonger le signal. À l’origine, on prescrivait ce
produit aux personnes atteintes de douleurs thoraciques parce
qu’il augmentait la circulation sanguine vers le cœur. Commercialisé sous le nom de Viagra, ce composé est maintenant
un traitement très connu de la dysfonction érectile. Le Viagra,
ainsi que d’autres médicaments du même genre, provoque
une dilatation des vaisseaux sanguins, ce qui accroît l’apport
sanguin vers le pénis, créant de ce fait des conditions physiologiques favorables à l’érection.
Les ions calcium et l’inositol triphosphate
Chez les Animaux, un grand nombre de molécules de signalisation, notamment les neurotransmetteurs, les facteurs de
croissance et certaines hormones, suscitent des réponses cellulaires grâce à des voies de transduction qui augmentent
la concentration cytosolique d’ions calcium (Ca
21
). Bien
que l’AMPc ait été découvert en premier, les recherches ont
montré que le calcium est un second messager beaucoup plus
commun que l’AMPc. L’augmentation de la concentration
d’ions Ca
21
peut déclencher plusieurs types de réponses chez
les cellules animales, notamment la contraction, la sécrétion
de certaines substances ou la division cellulaire. Chez les cellules végétales, toutes sortes de signaux hormonaux et environnementaux provoquent de brèves augmentations de la
concentration de Ca
21
dans le cytosol, ce qui amorce diverses
voies de transduction, par exemple celle du verdissement en
réaction à la lumière (voir la figure 39.4, p. 957). Que ce soit
dans les cellules animales ou végétales, le calcium réalise ses
différentes fonctions en s’unissant d’abord à une protéine
comme la calmoduline. En se liant à quatre ions calcium,
la molécule de calmoduline change sa forme, ce qui la rend
apte à activer d’autres protéines cellulaires. Les cellules utilisent ce second messager à la fois dans les voies où les protéines G interviennent et dans celles qui mettent en jeu des
tyrosines kinases.
Bien que les cellules contiennent toujours du calcium,
celui-ci peut agir en tant que second messager parce que, en
temps normal, sa concentration dans le cytosol est beaucoup
plus faible que sa concentration extracellulaire (figure 11.13).
m Figure 11.12 L’AMPc, un second messager dans une voie
où les protéines interviennent. Une molécule de signalisation (soit le
« premier messager ») active le récepteur couplé à la protéine G, lequel active
une protéine G spécifique. À son tour, celleci active l’adénylate cyclase,
qui catalyse la conversion de l’ATP en AMPc. Cette dernière agit alors
comme second messager et active une autre protéine, habituellement
la protéine kinase A.
Premier messager
(molécule de signalisation
comme l’adrénaline)
ATP
Second
messager
Récepteur protéique
couplé à une protéine G
Protéine G
Adénylate
cyclase
Protéine
kinase A
cAMP
Réponses cellulaires
GTP