Calcium intracellulaire et seconds messagers

Les seconds messagers sont de petites molécules et ions intracellulaires qui relaient et amplifient les signaux reçus à la surface cellulaire. Les ions calcium sont les plus polyvalents d'entre eux : les cellules maintiennent un niveau très bas de calcium cytosolique et le libèrent par des décharges contrôlées pour déclencher des réponses allant de la contraction musculaire à la sécrétion. Parallèlement au calcium, des messagers tels que l'AMP cyclique et l'inositol trisphosphate transmettent les signaux des récepteurs activés vers l'intérieur de la cellule.

Definition

Un second messager est une petite molécule ou un ion intracellulaire dont la concentration varie en réponse à l'activation d'un récepteur et qui relaie le signal aux effecteurs en aval ; le calcium intracellulaire en est un exemple central, maintenu à de faibles niveaux cytosolique au repos et mobilisé pour déclencher des réponses cellulaires.

Scope

Cette entrée couvre le concept de second messager, les sources et la gestion du calcium intracellulaire (entrée à travers la membrane plasmatique et libération des réserves internes), la voie de l'inositol-phospholipide qui génère l'inositol trisphosphate et le diacylglycérol, ainsi que d'autres messagers tels que les nucléotides cycliques. Elle traite de la signalisation par seconds messagers comme un sujet de référence en biologie cellulaire et ne constitue pas une directive clinique.

Core questions

• Pourquoi les cellules maintiennent-elles le calcium cytosolique à un niveau si bas au repos ?
• D'où provient le calcium de signalisation et comment est-il libéré ?
• Comment l'inositol trisphosphate relie-t-il les récepteurs de surface à la libération de calcium ?
• Comment les signaux calciques et d'autres seconds messagers sont-ils structurés dans l'espace et dans le temps ?

Key concepts

• Concept de second messager
• Faible niveau de calcium cytosolique au repos
• Entrée de calcium à travers la membrane plasmatique
• Libération de calcium des réserves internes
• Inositol trisphosphate et diacylglycérol
• Nucléotides cycliques (AMPc, GMPc)
• Structuration spatiale et temporelle des signaux calciques

Key theories

Voie de signalisation de l'inositol trisphosphate (IP3)

L'activation du récepteur de la phospholipase C clive un phospholipide membranaire en IP3 et diacylglycérol ; l'IP3 diffuse vers le réticulum endoplasmique et ouvre les canaux de libération du calcium, reliant ainsi les signaux de surface à une augmentation du calcium cytosolique.

Mechanisms

Les cellules maintiennent le calcium cytosolique bien en dessous des niveaux extracellulaires et des réserves internes grâce à des pompes et des échangeurs, créant ainsi un gradient prononcé qui peut être exploité pour la signalisation. Lorsqu'un stimulus arrive, le calcium entre par les canaux de la membrane plasmatique ou est libéré des réserves internes, principalement le réticulum endoplasmique (et dans les muscles, le réticulum sarcoplasmique). Une voie de libération majeure débute lorsque les récepteurs activent la phospholipase C, qui clive un phospholipide membranaire en inositol trisphosphate (IP3) et en diacylglycérol ; l'IP3 ouvre les canaux de libération du calcium du réticulum tandis que le diacylglycérol active la protéine kinase C. L'augmentation de calcium qui en résulte se lie aux protéines effectrices pour déclencher des réponses, et se manifeste sous forme de pics transitoires, d'ondes ou d'oscillations dont la temporalité et la localisation encodent l'information. D'autres seconds messagers, notamment l'AMP cyclique et le GMP cyclique générés en aval de récepteurs distincts, relaient les signaux en parallèle. Les signaux sont terminés par le pompage du calcium vers les réserves ou hors de la cellule et par la dégradation des nucléotides cycliques, réinitialisant ainsi le système.

Clinical relevance

La signalisation par le calcium et les seconds messagers est à la base de processus physiologiques fondamentaux tels que la contraction musculaire, la sécrétion de neurotransmetteurs et d'hormones, et les réponses d'expression génique ; leur compréhension est donc essentielle pour interpréter de nombreux processus cellulaires en santé et en maladie. Cette entrée décrit les mécanismes de signalisation à titre de référence et ne constitue pas une base pour le diagnostic ou le traitement.

History

Le concept de second messager est né de la découverte, au milieu du XXe siècle, de l'AMP cyclique comme relais intracellulaire de l'action hormonale. Le calcium a ensuite été reconnu comme un signal intracellulaire quasi universel, et les années 1980 et 1990 ont clarifié la voie de l'inositol-phospholipide, identifiant l'IP3 comme le messager qui libère le calcium des réserves internes. Des travaux ultérieurs ont souligné la structuration spatiale et temporelle des signaux calciques — pics, ondes et oscillations — comme moyen d'encoder des réponses distinctes.

Key figures

• Michael J. Berridge
• Robin F. Irvine

Seminal works

• berridge-2000
• berridge-irvine-1993

Frequently asked questions

Qu'est-ce qu'un second messager ?

Un second messager est une petite molécule ou un ion intracellulaire, tel que le calcium, l'AMP cyclique ou l'inositol trisphosphate, dont le niveau change après l'activation d'un récepteur et qui transmet le signal aux effecteurs à l'intérieur de la cellule.

Pourquoi les cellules maintiennent-elles le calcium cytosolique à un niveau si bas ?

Maintenir le calcium cytosolique au repos à un niveau très bas crée un gradient prononcé par rapport à l'espace extracellulaire et aux réserves internes, de sorte que l'ouverture des canaux calciques produit une augmentation rapide et nette qui peut agir comme un signal précis.