248 DeUXiÈMe partie La cellule
figure 11.2). Les levures n’étant pas mobiles, leur accouplement
est rendu possible par le développement sur la cellule de levure
d’une sorte de bourgeon qui s’allonge vers le partenaire de
type sexuel opposé. Comme le montre la figure 11.17, cette
croissance directionnelle résulte de la liaison du facteur de
reconnaissance sexuelle. En se liant, le facteur de reconnaissance sexuelle active une voie de transduction de kinases qui
influe sur la croissance et l’orientation des microfilaments du
cytosquelette. Du fait du couplage de l’activation des kinases
de communication et de la dynamique cytosquelettique, les
bourgeons cellulaires émergent des zones de la membrane
plasmique exposées à la plus forte concentration du facteur
de reconnaissance sexuelle. Ces bourgeons sont donc orientés
vers la cellule de type sexuel opposé, d’où provient la molécule de signalisation.
Tous les récepteurs, molécules intermédiaires et seconds
messagers présentés dans ce chapitre participent à diverses
voies et déclenchent des réponses tant nucléaires que cytoplasmiques. Certaines de ces voies se rapportent à la division
cellulaire. Les médiateurs moléculaires qui permettent la division cellulaire comprennent les facteurs de croissance ainsi
que certaines hormones végétales et animales. Le dysfonctionnement d’une voie amorcée par un facteur de croissance,
comme celle de la figure 11.15, peut favoriser l’apparition
d’un cancer. Nous y reviendrons au chapitre 18.
Le réglage fin de la réponse cellulaire
Qu’elle se produise dans le noyau ou dans le cytoplasme, la
réponse n’est pas seulement activée ou inactivée ; elle fait
l’objet d’un réglage fin à plusieurs endroits. Nous examinerons ici quatre aspects de ce réglage. Premièrement, on l’a vu,
une voie de transduction à étapes multiples amplifie l’effet
du signal et, par conséquent, de la réponse cellulaire. Deuxièmement, ce type de voie à étapes multiples permet de régler
la réponse cellulaire en divers points, ce qui la rend plus spécifique et permet de la coordonner avec d’autres voies de
transduction. Troisièmement, la présence de protéines appelées protéines adaptatrices augmente l’efficacité de la réponse.
Enfin, la cessation du signal est une étape cruciale du réglage
de la réponse cellulaire.
L’amplification du signal
Une cascade enzymatique élaborée amplifie la réponse de la
cellule à un signal, car le nombre de produits activés augmente à chaque étape catalysée. Par exemple, dans la voie
déclenchée par l’adrénaline à la figure 11.16, chaque molécule d’adénylate cyclase catalyse la formation de nombreuses
molécules d’AMPc ; chaque molécule de protéine kinase A
phosphoryle beaucoup de kinases qui agiront à l’étape subséquente, et ainsi de suite. L’amplification découle du fait que
ces protéines restent assez longtemps sous une forme active
pour stimuler de nombreuses molécules de substrat, avant de
redevenir inactives. L’amplification des signaux résultant de
la liaison d’un petit nombre de molécules d’adrénaline aux
récepteurs membranaires d’une cellule hépatique ou musculaire se traduit donc par la libération de centaines de millions
de molécules de glucose produites à partir de glycogène. C’est
ce phénomène qui explique pourquoi les hormones en général peuvent agir à des doses très faibles.
La spécificité de la communication cellulaire
et la coordination de la réponse
Prenons deux cellules différentes de l’organisme : une cellule
hépatique et une cellule musculaire cardiaque. Les deux sont
irriguées par le sang et sont, par conséquent, toujours exposées aux effets d’hormones diverses, de même qu’aux régulateurs locaux sécrétés par les cellules voisines. Pourtant, la
cellule hépatique, tout comme la cellule cardiaque, répond
uniquement à certains signaux. Par ailleurs, les mêmes signaux
peuvent entraîner des réponses distinctes chez des cellules
différentes. Par exemple, l’adrénaline pousse les cellules
hépatiques à dégrader le glycogène, alors qu’elle stimule la
contraction des cellules musculaires cardiaques, ce qui augmente le pouls.
m Figure 11.16 L’activation de la dégradation de glycogène
par l’adrénaline : la réponse cellulaire à un signal. Dans cette voie
de communication, l’adrénaline se fixe à un récepteur couplé à une protéine G, ce qui entraîne l’activation d’une série d’intermédiaires, dont
l’AMPc et deux protéines kinases (voir aussi la figure 11.12). La dernière
protéine qui est activée est la glycogène phosphorylase, une enzyme qui
utilise du phosphate inorganique pour libérer des monomères de glucose
du glycogène sous forme de molécules de glucose1phosphate. Cette voie
amplifie un signal hormonal, parce que le récepteur protéique peut activer
une centaine de molécules de protéine G et que chaque enzyme de la voie
peut transformer un très grand nombre de molécules de substrat en des
produits qui deviennent les réactifs suivants de la cascade. Nous avons
estimé le nombre de molécules activées à chaque étape.
Protéine G active (10
2 molécules)
Adénylate cyclase inactive
Adénylate cyclase active (10
2 molécules)
Protéine kinase A inactive
Protéine kinase A active (10
4 molécules)
Phosphorylase kinase inactive
Phosphorylase kinase active (10
5 molécules)
Glycogène phosphorylase inactive
Glycogène phosphorylase active (10
6 molécules)
Glycogène
Glucose 1-phosphate
(10
8 molécules)
ATP
AMP cyclique (10
4 molécules)
Réception
Liaison de l’adrénaline au récepteur couplé à une protéine G
(une seule molécule)
Protéine G inactive
Transduction
Réponse
figure 11.2). Les levures n’étant pas mobiles, leur accouplement
est rendu possible par le développement sur la cellule de levure
d’une sorte de bourgeon qui s’allonge vers le partenaire de
type sexuel opposé. Comme le montre la figure 11.17, cette
croissance directionnelle résulte de la liaison du facteur de
reconnaissance sexuelle. En se liant, le facteur de reconnaissance sexuelle active une voie de transduction de kinases qui
influe sur la croissance et l’orientation des microfilaments du
cytosquelette. Du fait du couplage de l’activation des kinases
de communication et de la dynamique cytosquelettique, les
bourgeons cellulaires émergent des zones de la membrane
plasmique exposées à la plus forte concentration du facteur
de reconnaissance sexuelle. Ces bourgeons sont donc orientés
vers la cellule de type sexuel opposé, d’où provient la molécule de signalisation.
Tous les récepteurs, molécules intermédiaires et seconds
messagers présentés dans ce chapitre participent à diverses
voies et déclenchent des réponses tant nucléaires que cytoplasmiques. Certaines de ces voies se rapportent à la division
cellulaire. Les médiateurs moléculaires qui permettent la division cellulaire comprennent les facteurs de croissance ainsi
que certaines hormones végétales et animales. Le dysfonctionnement d’une voie amorcée par un facteur de croissance,
comme celle de la figure 11.15, peut favoriser l’apparition
d’un cancer. Nous y reviendrons au chapitre 18.
Le réglage fin de la réponse cellulaire
Qu’elle se produise dans le noyau ou dans le cytoplasme, la
réponse n’est pas seulement activée ou inactivée ; elle fait
l’objet d’un réglage fin à plusieurs endroits. Nous examinerons ici quatre aspects de ce réglage. Premièrement, on l’a vu,
une voie de transduction à étapes multiples amplifie l’effet
du signal et, par conséquent, de la réponse cellulaire. Deuxièmement, ce type de voie à étapes multiples permet de régler
la réponse cellulaire en divers points, ce qui la rend plus spécifique et permet de la coordonner avec d’autres voies de
transduction. Troisièmement, la présence de protéines appelées protéines adaptatrices augmente l’efficacité de la réponse.
Enfin, la cessation du signal est une étape cruciale du réglage
de la réponse cellulaire.
L’amplification du signal
Une cascade enzymatique élaborée amplifie la réponse de la
cellule à un signal, car le nombre de produits activés augmente à chaque étape catalysée. Par exemple, dans la voie
déclenchée par l’adrénaline à la figure 11.16, chaque molécule d’adénylate cyclase catalyse la formation de nombreuses
molécules d’AMPc ; chaque molécule de protéine kinase A
phosphoryle beaucoup de kinases qui agiront à l’étape subséquente, et ainsi de suite. L’amplification découle du fait que
ces protéines restent assez longtemps sous une forme active
pour stimuler de nombreuses molécules de substrat, avant de
redevenir inactives. L’amplification des signaux résultant de
la liaison d’un petit nombre de molécules d’adrénaline aux
récepteurs membranaires d’une cellule hépatique ou musculaire se traduit donc par la libération de centaines de millions
de molécules de glucose produites à partir de glycogène. C’est
ce phénomène qui explique pourquoi les hormones en général peuvent agir à des doses très faibles.
La spécificité de la communication cellulaire
et la coordination de la réponse
Prenons deux cellules différentes de l’organisme : une cellule
hépatique et une cellule musculaire cardiaque. Les deux sont
irriguées par le sang et sont, par conséquent, toujours exposées aux effets d’hormones diverses, de même qu’aux régulateurs locaux sécrétés par les cellules voisines. Pourtant, la
cellule hépatique, tout comme la cellule cardiaque, répond
uniquement à certains signaux. Par ailleurs, les mêmes signaux
peuvent entraîner des réponses distinctes chez des cellules
différentes. Par exemple, l’adrénaline pousse les cellules
hépatiques à dégrader le glycogène, alors qu’elle stimule la
contraction des cellules musculaires cardiaques, ce qui augmente le pouls.
m Figure 11.16 L’activation de la dégradation de glycogène
par l’adrénaline : la réponse cellulaire à un signal. Dans cette voie
de communication, l’adrénaline se fixe à un récepteur couplé à une protéine G, ce qui entraîne l’activation d’une série d’intermédiaires, dont
l’AMPc et deux protéines kinases (voir aussi la figure 11.12). La dernière
protéine qui est activée est la glycogène phosphorylase, une enzyme qui
utilise du phosphate inorganique pour libérer des monomères de glucose
du glycogène sous forme de molécules de glucose1phosphate. Cette voie
amplifie un signal hormonal, parce que le récepteur protéique peut activer
une centaine de molécules de protéine G et que chaque enzyme de la voie
peut transformer un très grand nombre de molécules de substrat en des
produits qui deviennent les réactifs suivants de la cascade. Nous avons
estimé le nombre de molécules activées à chaque étape.
Protéine G active (10
2 molécules)
Adénylate cyclase inactive
Adénylate cyclase active (10
2 molécules)
Protéine kinase A inactive
Protéine kinase A active (10
4 molécules)
Phosphorylase kinase inactive
Phosphorylase kinase active (10
5 molécules)
Glycogène phosphorylase inactive
Glycogène phosphorylase active (10
6 molécules)
Glycogène
Glucose 1-phosphate
(10
8 molécules)
ATP
AMP cyclique (10
4 molécules)
Réception
Liaison de l’adrénaline au récepteur couplé à une protéine G
(une seule molécule)
Protéine G inactive
Transduction
Réponse