Transduction du signal et récepteurs

La transduction du signal est l'ensemble des processus par lesquels une cellule détecte un signal externe et le convertit en une réponse intracellulaire. Une molécule de signalisation se lie à un récepteur — à la surface de la cellule ou à l'intérieur de celle-ci — ce qui initie une cascade d'événements moléculaires qui relaient, amplifient et intègrent l'information avant que la cellule ne réponde. Les récepteurs sont le point d'entrée de cette conversion, conférant aux cellules la spécificité de réagir à des signaux particuliers.

Definition

La transduction du signal est la conversion d'un stimulus extracellulaire ou intracellulaire, détecté par un récepteur spécifique, en une séquence d'événements biochimiques intracellulaires qui produisent une réponse cellulaire.

Scope

Cet article couvre les principales classes de récepteurs (récepteurs couplés aux protéines G, récepteurs à activité tyrosine kinase et récepteurs intracellulaires), les composants de relais qui propagent les signaux (protéines G, protéines kinases et phosphatases, et petites GTPases), ainsi que les principes d'amplification, d'intégration et de terminaison. Il traite de la signalisation comme un sujet de référence en biologie cellulaire et ne constitue pas une directive clinique.

Core questions

• Comment un récepteur distingue-t-il son signal du bruit de fond moléculaire ?
• Comment un événement de liaison à la surface est-il relayé dans le cytoplasme et le noyau ?
• Comment les signaux sont-ils amplifiés tout en restant spécifiques ?
• Comment les cascades de signalisation sont-elles désactivées et réinitialisées ?

Key concepts

• Liaison ligand-récepteur et spécificité
• Récepteurs couplés aux protéines G
• Récepteurs à activité tyrosine kinase
• Récepteurs intracellulaires (nucléaires)
• Cascades de protéines kinases
• Signalisation par les MAP kinases
• Amplification, intégration et terminaison du signal

Key theories

La phosphorylation réversible des protéines comme interrupteur de signalisation

Les protéines kinases ajoutent et les phosphatases retirent des groupes phosphate, agissant comme des interrupteurs opposés qui activent et désactivent les protéines de signalisation ; cette modification covalente réversible est un mécanisme central pour la propagation et la régulation des signaux.

Les interrupteurs moléculaires GTPase

Les protéines G hétérotrimériques et les petites protéines G cyclent entre les états actifs liés au GTP et inactifs liés au GDP, avec des régulateurs qui favorisent l'activation ou accélèrent l'hydrolyse du GTP, assurant un contrôle temporel d'activation/désactivation de la signalisation en aval.

Mechanisms

Une molécule de signalisation se lie à un récepteur avec une grande spécificité. Les récepteurs de surface cellulaire se répartissent en plusieurs classes principales : les récepteurs couplés aux protéines G activent des protéines G hétérotrimériques qui agissent comme des interrupteurs moléculaires ; les récepteurs à activité tyrosine kinase dimérisent et s'autophosphorylent pour recruter des effecteurs en aval ; et les signaux lipophiles traversent la membrane pour atteindre les récepteurs intracellulaires qui agissent sur l'expression génique. En aval, les signaux sont propagés en grande partie par phosphorylation réversible des protéines, où les kinases et les phosphatases activent et désactivent les protéines cibles, et par de petites GTPases qui cyclent entre les états liés au GTP et au GDP. Des cascades à plusieurs niveaux, telles que les voies des MAP kinases, amplifient et acheminent les signaux, tandis que la même architecture permet l'intégration de multiples entrées. L'internalisation des récepteurs par endocytose lie la signalisation au trafic intracellulaire et contribue à terminer ou à rediriger la réponse. La terminaison — par l'activité des phosphatases, l'hydrolyse du GTP et la régulation négative des récepteurs — réinitialise le système pour le signal suivant.

Clinical relevance

La transduction du signal régit la manière dont les cellules répondent aux hormones, aux facteurs de croissance et aux neurotransmetteurs, et une signalisation altérée est essentielle à la compréhension de nombreux processus pathologiques, c'est pourquoi les récepteurs et les enzymes de signalisation sont largement étudiés comme cibles médicamenteuses. Cet article 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 récepteur et la découverte de l'AMP cyclique comme second messager au milieu du XXe siècle ont établi que les signaux de surface sont relayés à l'intérieur de la cellule. Les décennies suivantes ont permis de résoudre les principales familles de récepteurs, le rôle des protéines G et des interrupteurs GTPase, et la place centrale de la phosphorylation réversible des protéines, les cascades de kinases telles que les voies des MAP kinases devenant des cadres d'organisation. Des travaux plus récents ont intégré la signalisation au trafic membranaire, montrant que l'endocytose façonne la durée et la localisation des signaux.

Key figures

• Tony Hunter
• Elliott M. Ross
• Mark von Zastrow

Seminal works

• hunter-1995
• ross-wilkie-2000

Frequently asked questions

Qu'est-ce qu'un récepteur en signalisation cellulaire ?

Un récepteur est une protéine qui se lie spécifiquement à une molécule de signalisation et, lors de cette liaison, initie une réponse intracellulaire ; les récepteurs peuvent se situer dans la membrane plasmatique ou à l'intérieur de la cellule selon que le signal peut traverser la membrane.

Comment les signaux sont-ils amplifiés à l'intérieur de la cellule ?

Chaque récepteur activé peut déclencher de nombreuses molécules en aval, et les cascades de kinases à plusieurs niveaux ainsi que les seconds messagers multiplient l'effet, de sorte qu'un petit nombre d'événements de liaison peut produire une réponse cellulaire importante.