COMMUNICATION CELLULAIRE: TYPES, IMPORTANCE, EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2025

La communication cellulaire, également appelée communication intercellulaire, est la transmission de molécules de signal extracellulaire. Ces molécules partent d'une cellule génératrice de signal et se lient aux récepteurs de la cellule cible, produisant une réponse spécifique.

La molécule signal peut être une petite molécule (exemple: un acide aminé), un peptide ou une protéine. Par conséquent, la communication, qui est chimique, est une caractéristique des organismes unicellulaires et multicellulaires.

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Chez les bactéries, les molécules signal sont des phéromones bactériennes. Ceux-ci sont nécessaires pour des fonctions telles que le transfert horizontal de gènes, la bioluminescence, la formation de biofilm et la production d'antibiotiques et de facteurs pathogènes.

Dans les organismes multicellulaires, la communication cellulaire peut avoir lieu entre des cellules adjacentes ou entre des cellules séparées. Dans ce dernier cas, les molécules du signal doivent diffuser et parcourir de longues distances. Parmi les fonctions des signaux figurent les changements dans l'expression des gènes, la morphologie et le mouvement cellulaire.

La communication cellulaire peut également être réalisée par des vésicules extracellulaires (EV), appelées ectosomes et exosomes. Certaines fonctions des VE sont: la modulation des lymphocytes et des macrophages; contrôle de la fonction synaptique; dans les vaisseaux sanguins et le cœur, la coagulation et l'angiogenèse; et échange d'ARN.

Types (systèmes / mécanismes)

Chez les bactéries, il existe un type de communication cellulaire appelé quorum sensing, qui consiste en des comportements qui se produisent uniquement lorsque la densité de la population bactérienne est élevée. La détection de quorum implique la production, la libération et la détection ultérieure de concentrations élevées de molécules de signal, appelées autoinducteurs.

Chez les eucaryotes unicellulaires, tels que T. brucei, il existe également une détection de quorum. Chez les levures, le comportement sexuel et la différenciation cellulaire se produisent en réponse à la communication des phéromones et aux changements environnementaux.

Chez les plantes et les animaux, l'utilisation de molécules signal extracellulaires, telles que les hormones, les neurotransmetteurs, les facteurs de croissance ou les gaz, est un type de communication important qui implique la synthèse de la molécule signal, sa libération, son transport vers la cellule cible, la détection signal et réponse spécifique.

En relation avec le transport de la molécule signal chez l'animal, la distance d'action de la molécule détermine deux types de signaux: 1) autocrine et paracrine, qui agissent respectivement sur la même cellule et sur les cellules voisines; et 2) endocrinien, qui agit sur une cellule cible distante, transporté par la circulation sanguine.

La communication cellulaire par les vésicules extracellulaires est un type important de communication cellulaire chez les organismes eucaryotes et les archées.

Au fur et à mesure que la population eucaryote ou bactérienne unicellulaire se développe, elle atteint un nombre suffisant de cellules, ou quorum, qui produit la concentration d'inducteur capable de produire un effet dans les cellules. Cela constitue un mécanisme de recensement.

Trois types de systèmes de détection de quorum sont connus dans les bactéries: l'un est Gram négatif; un autre à Gram positif; et un autre sur le Gram négatif Vibrio harveyi.

Chez les bactéries à Gram négatif, l'autoinducteur est l'homosérine lactone acylée. Cette substance est synthétisée par l'enzyme de type LuxI et diffuse passivement à travers la membrane, s'accumulant dans l'espace extracellulaire et intracellulaire. Lorsque la concentration stimulante est atteinte, la transcription des gènes régulés par QS est activée.

Chez les bactéries à Gram négatif, les autoinducteurs sont des peptides modifiés, qui sont exportés vers l'espace extracellulaire, où ils interagissent avec les protéines membranaires. Une cascade de phosphorylation se produit qui active les protéines, qui se lient à l'ADN et contrôlent la transcription des gènes cibles.

Vibrio harveyi produit deux autoinducteurs, désignés HAI-1 et A1-2. HAI-1 est une lactone homosérine acylée, mais sa synthèse ne dépend pas de LuxI. A1-2 est le diester de borate de furanosyle. Les deux substances agissent à travers une cascade de phosphorylation similaire à celle d'autres bactéries à Gram négatif. Ce type de QS contrôle la bioluminescence.

Communication chimique

La liaison spécifique de la molécule signal, ou ligand, à la protéine réceptrice produit une réponse cellulaire spécifique. Chaque type de cellule possède certains types de récepteurs. Bien qu'un certain type de récepteur puisse également être trouvé dans différents types de cellules, et produire des réponses différentes au même ligand.

La nature de la molécule signal détermine la voie qui sera utilisée pour entrer dans la cellule. Par exemple, les hormones hydrophobes, comme les stéroïdes, diffusent à travers la bicouche lipidique et se lient aux récepteurs pour former des complexes qui régulent l'expression de gènes spécifiques.

Des gaz, tels que l'oxyde nitrique et le monoxyde de carbone, diffusent à travers la membrane et activent généralement la guanylyl cyclase cyclique productrice de GMP. La plupart des molécules signal sont hydrophiles.

Ses récepteurs se trouvent à la surface des cellules. Les récepteurs agissent comme des traducteurs de signaux qui modifient le comportement de la cellule cible.

Les récepteurs de surface cellulaire sont divisés en: a) récepteurs couplés aux protéines G; b) des récepteurs à activité enzymatique, tels que la tyrosine kinase; et c) des récepteurs de canaux ioniques.

Caractéristiques des récepteurs couplés aux protéines G

Les récepteurs couplés aux protéines G se trouvent chez tous les eucaryotes. En général, ce sont des récepteurs à sept domaines qui traversent la membrane, avec la région N-terminale vers l'extérieur de la cellule et la C-terminale vers l'intérieur de la cellule. Ces récepteurs s'associent à une protéine G qui traduit les signaux.

Lorsque le ligand se lie au récepteur, la protéine G devient activée. Cela active à son tour une enzyme effectrice qui produit un deuxième messager intracellulaire, qui peut être l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc), l'acide arachidonique, le diacylglycérol ou l'inositol-3-phosphate, qui agit comme un amplificateur de signal. initiale.

La protéine G a trois sous-unités: alpha, bêta et gamma. L'activation de la protéine G implique la dissociation du GDP de la protéine G et la liaison du GTP à la sous-unité alpha. Dans le complexe G _alpha -GTP, ils se dissocient des sous-unités bêta et gamma, interagissant spécifiquement avec les protéines effectrices, les activant.

La voie de l'AMPc peut être activée par des récepteurs bêta-adrénergiques. CAMP est produit par l'adénylyl cyclase. La voie du phosphoinositol est activée par les récepteurs muscariniques de l'acétylcholine. Ils activent la phospholipase C. La voie de l'acide arachidonique est activée par le récepteur de l'histamine. Active la phospholipase A2.

Voie CAMP

La liaison du ligand au récepteur, la protéine stimulatrice G (G _s), liée à GDP, provoque l'échange de GDP contre GTP, et la dissociation de la sous-unité alpha de G _s des sous-unités bêta et gamma. Le complexe G _alpha -GTP s'associe à un domaine de l'adényl cyclase, activant l'enzyme et produisant l'AMPc à partir de l'ATP.

CAMP se lie aux sous-unités régulatrices de la protéine kinase dépendante de l'AMPc. Libère des sous-unités catalytiques, qui phosphorylent les protéines qui régulent les réponses cellulaires. Cette voie est régulée par deux types d'enzymes, à savoir les phosphodiestérases et les protéines phosphatases.

Voie du phosphoinositol

La liaison du ligand au récepteur active la protéine G (G _q), qui active la phospholipase C (PLC). Cette enzyme rompt le phosphatidyl inositol 1,4,5-bisphosphate (PIP ₂) en deux seconds messagers, l'inositol 1,4,5-triphosphate (IP ₃) et le diacylglycérol (DAG).

IP _{3 se} diffuse dans le cytoplasme et se lie aux récepteurs dans le réticulum endoplasmique, provoquant la libération de Ca ⁺² de l'intérieur. Le DAG reste dans la membrane et active la protéine kinase C (PKC). Certaines isoformes de PKC nécessitent du Ca ⁺².

Voie de l'acide arachidonique

La liaison du ligand au récepteur provoque les sous - unités bêta et gamma de la protéine G pour activer la phospholipase A ₂ (PLA ₂). Cette enzyme hydrolyse le phosphatidylinositol (PI) dans la membrane plasmique, libérant de l'acide arachidonique, qui est métabolisé par différentes voies, telles que la 5 et 12-lipoxygénase et la cyclooxygénase.

Caractéristiques du récepteur tyrosine kinase

Le récepteur tyrosine kinase (RTK) possède des domaines régulateurs extracellulaires et des domaines catalytiques intracellulaires. Contrairement au récepteur couplé à la protéine G, la chaîne polypeptidique du récepteur tyrosine kinase ne traverse la membrane plasmique qu'une seule fois.

La liaison du ligand, qui est une hormone ou un facteur de croissance, au domaine régulateur provoque l'association des deux sous-unités de récepteur. Cela permet l'autophosphorylation du récepteur sur un résidu tyrosine et l'activation des cascades de phosphorylation des protéines.

Les résidus tyrosine phosphorylés du récepteur tyrosine kinase (RTK) interagissent avec les protéines adaptatrices, qui relient le récepteur activé aux composants de la voie de transduction du signal. Les protéines adaptatrices servent à former des complexes de signalisation multiprotéiques.

RTK se lie à différents peptides, tels que: le facteur de croissance épidermique; les facteurs de croissance des fibroblastes; facteurs de croissance du cerveau; facteur de croissance nerveuse; et l'insuline.

Caractéristiques générales des récepteurs

L'activation des récepteurs de surface produit des changements dans la phosphorylation des protéines en activant deux types de protéines kinases: la tyrosine kinase et les sérine et thréonine kinases.

Les sérine et thréonine kinases sont: la protéine kinase dépendante de l'AMPc; protéine kinase dépendante du cGMP; protéine kinase C; et la protéine Ca ⁺² / Calmoduline- dépendante. Dans ces protéines kinases, à l'exception de la kinase dépendante de l'AMPc, le domaine catalytique et régulateur se trouve sur la même chaîne polypeptidique.

Le deuxième messager se lie à ces sérine et thréonine kinases, les activant.

Caractéristiques des récepteurs qui sont des canaux ioniques

Les récepteurs des canaux ioniques ont les caractéristiques suivantes: a) ils conduisent les ions; b) reconnaître et sélectionner des ions spécifiques; c) s'ouvrir et se fermer en réponse à des signaux chimiques, électriques ou mécaniques.

Les récepteurs de canal ionique peuvent être un monomère, ou ils peuvent être des hétéroligomères ou des homoligomères, dont les régions de chaîne polypeptidique traversent la membrane plasmique. Il existe trois familles de canaux ioniques: a) les canaux de grille de ligand; b) canaux de jonction d'espacement; et c) des canaux de tension dépendant de Na ⁺.

Quelques exemples de récepteurs de canaux ioniques sont les récepteurs de l'acétylcholine à jonction neuromusculaire et les récepteurs ionotropes du glutamate, NMDA et non NMDA, dans le système nerveux central.

Communication via des vésicules extracellulaires

Les vésicules extracellulaires (EV) sont un mélange d'ectosomes et d'exosomes, responsables de la transmission d'informations biologiques (ARN, enzymes, espèces réactives de l'oxygène, etc.) entre cellule et cellule. L'origine des deux vésicules est différente.

Les ectosomes sont des vésicules produites par germination de la membrane plasmique, suivie de leur séparation et de leur libération dans l'espace extracellulaire.

Premièrement, le regroupement des protéines membranaires en domaines discrets se produit. Ensuite, les ancres lipidiques protéiques accumulent les protéines cytosoliques et l'ARN dans la lumière, faisant ainsi pousser le bourgeon.

Les exosomes sont des vésicules qui se forment à partir de corps multivésiculaires (MVB) et sont libérées par exocytose dans l'espace extracellulaire. Les MVB sont des endosomes tardifs, dans lesquels se trouvent des vésicules intraluminales (ILV). Les MVB peuvent fusionner avec des lysosomes et poursuivre la voie de dégradation, ou libérer des ILVS sous forme d'exosomes par exocytose.

Les VE interagissent avec la cellule cible de différentes manières: 1) disparition de la membrane EV et libération des facteurs actifs en son sein; 2) les VE établissent un contact avec la surface de la cellule cible, qu'ils fusionnent, libérant leur contenu dans le cytosol; et 3) les véhicules électriques sont entièrement capturés par macropinocytose et phagocytose.

Importance

La grande variété des fonctions de la communication intercellulaire indique à elle seule son importance. Quelques exemples illustrent l'importance de différents types de communication cellulaire.

- Importance de la détection du quorum. QS régule divers processus tels que la virulence au sein d'une espèce ou des microorganismes d'espèces ou de genres différents. Par exemple, une souche de Staphylococcus aureus utilise une molécule signal dans le quorum sensing pour infecter l'hôte, et empêche d'autres souches de S. aureus de le faire.

- Importance de la communication chimique. Le marquage chimique est nécessaire pour la survie et le succès reproductif des organismes multicellulaires.

Par exemple, la mort cellulaire programmée, qui régule le développement multicellulaire, supprime des structures entières et permet le développement de tissus spécifiques. Tout cela est médié par des facteurs trophiques.

- Importance des véhicules électriques. Ils jouent un rôle important dans le diabète, l'inflammation et les maladies neurodégénératives et cardiovasculaires. Les VE des cellules normales et des cellules cancéreuses diffèrent considérablement. Les véhicules électriques peuvent véhiculer des facteurs qui favorisent ou suppriment le phénotype du cancer dans les cellules cibles.

Références

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