B4 · Communication cellulaire
Principes de la signalisation cellulaire et nature des messagers
Distinguer les modes de communication autocrine, paracrine, endocrine et par contact. Relier la nature chimique du messager à sa capacité de franchir la membrane et donc à la localisation de son récepteur.
Biologie cellulaire6 min de lecture17 QCM corrigés
Organisation générale d'une communication cellulaire
Une communication cellulaire met en jeu trois éléments fondamentaux :
- une cellule émettrice, qui produit ou présente un messager ;
- un messager, une information de nature chimique portée par une molécule ou un ion ;
- une cellule cible, capable de reconnaître ce messager grâce à un récepteur adapté.
La liaison entre un ligand et son récepteur repose sur une complémentarité moléculaire. Elle est généralement réversible et assurée par des interactions non covalentes. La seule présence du messager ne suffit donc pas : une cellule ne répond que si elle exprime le récepteur correspondant et possède les mécanismes intracellulaires nécessaires.
Les mécanismes moléculaires de transmission intracellulaire, notamment les seconds messagers, les cascades de phosphorylation et leur amplification, sont étudiés dans les fiches suivantes du sous-bloc.
Les modes de communication cellulaire
Le mode de communication dépend principalement de la distance entre cellule émettrice et cellule cible, ainsi que de la voie empruntée par le messager. La nature autocrine, paracrine ou endocrine d'un signal ne décrit donc pas sa composition chimique, mais son trajet fonctionnel.
Communication autocrine
La cellule émettrice possède alors le récepteur de son propre messager. Cette organisation permet de renforcer, de stabiliser ou au contraire de limiter une activité cellulaire par rétrocontrôle. Le messager est libéré dans le milieu extracellulaire avant de se fixer au récepteur : une communication autocrine n'est donc pas une action directe à l'intérieur de la cellule productrice.
Communication paracrine
Le messager diffuse dans le milieu extracellulaire. Sa portée reste limitée par sa dilution, sa dégradation, sa capture par les cellules et sa fixation éventuelle à la matrice extracellulaire. Il peut ainsi former un gradient de concentration, les cellules les plus proches de la source étant généralement exposées à la concentration la plus élevée.
Communication endocrine
Un messager endocrinien est appelé hormone. La circulation permet sa distribution à grande distance, mais seules les cellules exprimant son récepteur répondent. La concentration circulante peut être faible : la réponse reste possible grâce à l'affinité du récepteur et aux mécanismes intracellulaires déclenchés après la reconnaissance.
Un messager hydrophile peut circuler sous forme dissoute. Un messager fortement lipophile est peu soluble dans le plasma aqueux et circule généralement associé à une protéine porteuse. Cette association facilite son transport et constitue un réservoir circulant, tandis que seule la fraction libre est immédiatement disponible pour atteindre les cellules cibles.
Communication par contact
Elle est aussi appelée signalisation juxtacrine. Le ligand membranaire d'une cellule se lie au récepteur membranaire d'une cellule adjacente. Comme le messager n'est pas librement sécrété, la communication est réservée aux cellules directement voisines. Les molécules d'adhérence et les différentes jonctions cellulaires font l'objet de fiches spécifiques et ne sont pas détaillées ici.
Nature chimique du messager et franchissement membranaire
La membrane plasmique est une bicouche lipidique dont le cœur est hydrophobe. Sa structure, étudiée dans le sous-bloc consacré à la membrane plasmique, explique pourquoi les molécules polaires ou chargées ne la traversent pas librement, contrairement à de petites molécules suffisamment liposolubles.
Messagers hydrophiles
Les ions, les peptides, les protéines et de nombreuses petites molécules polaires appartiennent à cette catégorie. Puisqu'ils restent dans le milieu extracellulaire, ils doivent être reconnus par un récepteur membranaire dont le site de liaison est exposé à l'extérieur de la cellule.
Le ligand n'a donc pas besoin de pénétrer dans la cellule. La liaison modifie l'état du récepteur, qui transmet ensuite le signal à des protéines intracellulaires. Les récepteurs couplés aux protéines G, les récepteurs à activité tyrosine kinase et les récepteurs-canaux sont étudiés séparément.
Messagers lipophiles
Les messagers dérivés de lipides ou du cholestérol sont généralement lipophiles. Après franchissement de la membrane, ils se lient à un récepteur intracellulaire, situé dans le cytosol ou dans le noyau.
La localisation intracellulaire du récepteur est cohérente avec la perméabilité du ligand : si le messager peut entrer dans la cellule, sa reconnaissance peut avoir lieu dans le cytoplasme ou le noyau. Les récepteurs nucléaires et leurs effets sur l'expression des gènes sont détaillés dans une fiche ultérieure.
Certaines très petites molécules non chargées traversent également la membrane par diffusion. Leur solubilité, leur stabilité et leur durée de vie déterminent alors la distance sur laquelle elles peuvent agir.
Spécificité de la réponse cellulaire
La portée d'un messager ne détermine pas à elle seule son effet. Deux cellules exposées au même signal peuvent répondre différemment si elles expriment des récepteurs distincts ou si leurs systèmes intracellulaires ne sont pas identiques. Inversement, une cellule dépourvue du récepteur approprié reste insensible au messager, même lorsque celui-ci est présent à proximité ou dans la circulation.
La réponse dépend donc de trois niveaux de sélection :
- l'accès du messager à la cellule cible ;
- l'expression du récepteur correspondant ;
- l'organisation moléculaire interne de la cellule cible.
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