AMPLI CYCLIQUE: STRUCTURE ET FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2024

L' AMP cyclique ou adénosine 3 ', 5'-monophosphate est un nucléotide cyclique qui fonctionne comme messager secondaire et fait partie des éléments de base du contrôle et de la communication intracellulaires biochimiques dans de nombreux organismes vivants.

Son existence a été démontrée il y a près de 70 ans par Sutherland et Rall (1958), qui ont décrit le phénomène d'accumulation de ce nucléotide dans les cellules hépatiques suite à l'administration d'épinéphrine (adrénaline).

Structure chimique de l'AMP cyclique (Source: Wesalius via Wikimedia Commons)

Depuis sa découverte, l'AMP cyclique a été associée chez les mammifères à l'action de nombreuses hormones, à la sécrétion endocrine et exocrine, à la libération de neurotransmetteurs au niveau de la synapse et des jonctions neuromusculaires, parmi de nombreuses autres fonctions.

Sa synthèse est catalysée par trois familles de protéines associées à la membrane plasmique connue sous le nom d'adényl cyclase ou adenylate cyclase, capables de produire le composé cyclique à partir de l'ATP et de libérer du pyrophosphate dans la cellule.

Sa dégradation, par contre, est médiée par des enzymes de la famille des phosphodiestérases, qui sont des protéines solubles présentes principalement dans le cytosol.

Ces enzymes, et donc l'AMP cyclique, se retrouvent dans des organismes extrêmement divers, aussi simples que les algues unicellulaires et de nombreux autres microorganismes (bactéries et autres) et aussi complexes que les animaux multicellulaires aux voies de signalisation compliquées.

Bien que sa présence dans les plantes soit un sujet de discussion, il existe certaines preuves qui indiquent que certaines espèces végétales possèdent une activité adénylate cyclase, bien que sa fonction n'ait pas été déterminée de manière satisfaisante.

Structure

La structure chimique de l'AMP cyclique a été élucidée par cristallographie aux rayons X et par des études de résonance magnétique nucléaire du proton.

Il s'agit d'une molécule cyclique stable à la chaleur ("thermostable") et plus stable à l'hydrolyse alcaline que son homologue non cyclique, l'AMP ou l'adénosine monophosphate.

Comme tous les nucléotides phosphates, l'AMP cyclique a un groupe phosphate attaché au carbone oxygène en position 5 'd'une molécule de ribose, qui est à son tour attaché à une base azotée hétérocyclique via le carbone en position 1' et cela correspond à une adénine.

Le groupe phosphate du sucre ribose, contrairement aux nucléotides phosphate non cycliques, est fusionné en trans par une liaison phosphodiester avec les oxygènes des carbones aux positions 3 'et 5' du ribose (3 ', 5'- phosphate transfusé).

Cette liaison restreint le mouvement de l'anneau de furane qui forme le ribose et enferme le groupe phosphate dans une conformation «chaise».

Par rapport aux nucléotides non cycliques, l'AMP cyclique et d'autres nucléotides apparentés sont des molécules plus petites avec une polarité plus faible, ce qui est un facteur important pour leur différenciation par les protéines qui y répondent.

La conformation de la liaison glycosidique qui se produit entre le ribose et le cycle adénine a une certaine liberté de rotation. C'est également un paramètre structurel important pour sa distinction des autres nucléotides (non seulement l'identité de la base azotée).

Caractéristiques

En tant que messager secondaire, l'AMP cyclique participe à l'activation de nombreux processus de signalisation (consécutifs à sa synthèse) ou à l'activation de différentes enzymes «en aval» dans la cascade de signalisation par laquelle il est produit.

Il participe à la glycogénolyse hépatique et à la libération d'insuline par le pancréas, à la libération d'amylase par les glandes salivaires et à l'action des œstrogènes dans l'utérus.

Il a des fonctions universelles dans le contrôle de l'expression des gènes et dans l'intégration de multiples fonctions métaboliques. De nombreuses cytokines utilisent à la fois du calcium et de l'AMP cyclique pour remplir leurs fonctions.

Parmi les hormones qui utilisent l'AMP cyclique dans leurs processus de signalisation (en augmentant ou en diminuant sa concentration intracellulaire), on peut inclure les catécholamines, le glucagon, la vasopressine, l'hormone parathyroïdienne, les prostaglandines, l'insuline, la mélatonine et l'adrénaline, entre autres.

Une autre de ses nombreuses fonctions est d'inhiber la croissance, la différenciation et la prolifération des cellules T chez les mammifères, probablement par activation ou induction d'un répresseur des cytokines régulatrices de ces processus dans ces cellules.

L'AMP cyclique et les adénylate cyclases qui le produisent sont également liés à la fonction de nombreux récepteurs de protéines couplés aux protéines G, qui sont associés à divers mécanismes de signalisation et à d'autres processus cellulaires importants.

Dans le métabolisme du glucose

Chez les mammifères, l'AMP cyclique joue un rôle dans la régulation de la voie glycolytique et gluconéogène par l'inhibition de l'activité de l'enzyme phosphofructokinase 2 (PFK-2), qui catalyse la deuxième réaction de glycolyse.

Le mécanisme implique la participation de l'hormone glucagon à l'activation de l'adénylate cyclase hépatique, ce qui entraîne une augmentation considérable de la concentration d'AMP cyclique.

Cet AMP cyclique active une protéine kinase dépendante de l'AMPc qui phosphoryle et inhibe l'activité phosphofructokinase de PFK-2, qui est une enzyme bifonctionnelle avec une activité de fructose bisphosphatase.

Comment se déroule le processus de signalisation impliquant l'AMP cyclique?

Un premier messager (de nature chimique variable) qui atteint une cellule spécifique en tant que stimulus externe interagit avec une enzyme adénylate cyclase dans la membrane plasmique, induisant la production d'AMP cyclique.

L'augmentation de la concentration d'AMP cyclique fonctionne dans l'activation d'autres facteurs (généralement enzymatiques) qui ont des fonctions supplémentaires dans l'inhibition ou l'activation des processus métaboliques ou la transcription génique, entre autres.

Qui l'AMP cyclique active-t-il?

L'une des principales fonctions associées à cette molécule régulatrice est l'activation d'enzymes phosphorylase ou kinase, qui catalysent l'ajout ou l'élimination de groupes phosphoryle à d'autres protéines et enzymes.

Normalement, l'excitation d'une cellule s'accompagne d'une augmentation de la concentration d'AMP cyclique, concomitante avec une augmentation du transport du calcium dans la cellule qui a des fonctions dans l'activation des enzymes adényl cyclase productrices d'AMP cyclique.

La synthèse et la transmission du message et la dégradation de l'AMP cyclique dans les cellules sont des processus finement régulés qui participent au maintien de l'homéostasie corporelle.

Références

1. Bopp, T., Becker, C., Klein, M., Klein-heßling, S., Palmetshofer, A., Serfl, E.,… Schmitt, E. (2007). L'adénosine monophosphate cyclique est un élément clé de la suppression régulatrice médiée par les lymphocytes T. Le Journal of Experimental Medicine, 204 (6), 1303–1310.
2. Nelson, DL et Cox, MM (2009). Principes de Lehninger de biochimie. Omega Editions (5e éd.).
3. Newton, RP et Smith, CJ (2004). Nucléotides cycliques, 65, 2423–2437.
4. Rasmussen, H. (1970). Communication cellulaire, ion calcium et adénosine monophosphate cyclique. Science, 170, 404-412.
5. Rasmussen, H., et Tenenhouse, A. (1968). Adénosine monophosphate cyclique, Ca ++ et membranes. Biochemistry, 59, 1364-1370.