Signalisation calcique

La signalisation calcique utilise l'ion calcium comme messager intracellulaire quasi universel. Étant donné que les cellules maintiennent une très faible concentration de calcium libre au repos dans le cytoplasme, une augmentation contrôlée, produite par l'influx à travers la membrane plasmatique ou la libération à partir des réserves internes, sert de signal rapide et polyvalent qui régule des processus allant de la contraction musculaire et la sécrétion à l'expression génique et la mort cellulaire.

Definition

La signalisation calcique est l'utilisation de changements régulés de la concentration intracellulaire d'ions calcium libre, produits par l'influx via les canaux de la membrane plasmatique ou la libération à partir des réserves intracellulaires, pour contrôler les processus cellulaires par l'intermédiaire de protéines effectrices liant le calcium.

Scope

Ce sujet aborde les sources et la gestion du calcium intracellulaire, les canaux, les pompes et les tampons qui modulent les signaux calciques, le rôle de l'inositol trisphosphate et des protéines de liaison au calcium, ainsi que la structuration spatiale et temporelle des réponses calciques. Il est traité comme un sujet biochimique et moléculaire au sein des mécanismes de transduction du signal.

Core questions

• Comment les cellules génèrent-elles des augmentations rapides et localisées de calcium par rapport à un faible niveau de repos ?
• Comment le même ion est-il utilisé pour contrôler autant de processus différents ?
• Comment les signaux calciques sont-ils modulés dans l'espace et le temps, puis terminés ?

Key concepts

• Faible calcium cytosolique au repos
• Récepteur de l'inositol trisphosphate (IP3)
• Récepteur de la ryanodine
• Canaux calciques voltage-dépendants et dépendants des réserves (store-operated)
• Pompes et échangeurs de calcium
• Calmoduline et protéines de liaison au calcium
• Oscillations et ondes calciques

Mechanisms

Les cellules maintiennent un très faible niveau de calcium libre cytosolique en le pompant hors de la membrane plasmatique et vers le réticulum endoplasmique ou sarcoplasmique. Un signal augmente le calcium soit en ouvrant des canaux de la membrane plasmatique, tels que les canaux voltage-dépendants, soit en libérant le calcium des réserves internes via les récepteurs de l'inositol trisphosphate, qui s'ouvrent en réponse au second messager généré par la phospholipase C, et via les récepteurs de la ryanodine. L'augmentation résultante est détectée par des protéines de liaison au calcium, notamment la calmoduline, qui, en se liant au calcium, activent des enzymes en aval, y compris les kinases calcium/calmoduline-dépendantes. L'épuisement des réserves internes peut déclencher une entrée de calcium dépendante des réserves (store-operated calcium entry) pour les reconstituer. Le signal est modulé en transitoires, oscillations et ondes propagées par l'interaction des canaux de libération, des tampons et des systèmes de recapture, et il est terminé lorsque les pompes et les échangeurs rétablissent la faible concentration de repos. Cette combinaison d'un faible niveau de base et d'une libération contrôlée permet au même ion d'encoder de nombreux messages distincts.

Clinical relevance

La gestion du calcium est essentielle pour les tissus excitables tels que les muscles et les nerfs, et les perturbations de la signalisation calcique sont impliquées dans de nombreux processus pathologiques. Cette entrée décrit les mécanismes à un niveau de référence et ne constitue pas une base pour des décisions diagnostiques ou thérapeutiques individuelles.

Evidence & guidelines

La compréhension de la signalisation calcique repose sur la recherche biophysique, biochimique et d'imagerie, ainsi que sur des revues et manuels faisant autorité, plutôt que sur des lignes directrices de pratique clinique.

History

La reconnaissance qu'une augmentation du calcium intracellulaire déclenche des réponses physiologiques, à commencer par les études classiques sur la contraction musculaire, a été étendue lorsque Berridge et Irvine ont identifié l'inositol trisphosphate comme le second messager qui libère le calcium des réserves internes. Des travaux ultérieurs ont caractérisé les canaux, les pompes et les protéines de liaison au calcium impliqués et ont établi la riche structuration spatiale et temporelle des signaux calciques comme moyen d'encoder l'information.

Key figures

• Michael Berridge
• David Clapham
• William Catterall
• Robin Irvine

Seminal works

• berridge-2000
• berridge-1984
• clapham-2007

Frequently asked questions

Pourquoi les cellules maintiennent-elles un niveau de calcium au repos si bas ?

Un faible niveau de repos signifie que même un petit influx ou une petite libération produit un grand changement relatif, générant un signal rapide et à contraste élevé ; cela protège également la cellule, car un calcium chroniquement élevé est toxique et peut déclencher la mort cellulaire.

Comment un seul ion peut-il contrôler autant de réponses différentes ?

Les cellules encodent l'information dans la localisation, l'amplitude, la chronologie et la fréquence des changements de calcium et les lisent avec différentes protéines de liaison au calcium, de sorte que le même ion peut déclencher sélectivement la contraction, la sécrétion, l'expression génique ou d'autres résultats selon le contexte.