Transmission du signal

          Nous allons décrire ici ce qui se produit lorsque l'adrénaline atteint des organes cibles et nous allons principalement nous intéresser au cœur. Et pour cela, il nous faut décrire un complexe présent à la surface des cellules des organes cibles.

Il s’agit d’un complexe protéique constitué d’un récepteur et d’une protéine-G qui va permettre de traduire un stimulus extracellulaire en un signal intracellulaire grâce à des domaines d’interactions spécifiques .La cristallographie de ces complexes a pu être observée grâce à des techniques telles que la fusion de protéines solubles ou encore par l’utilisation d’anticorps se fixant sur les récepteurs.

   Les récepteurs associés à la protéine-G

      Sur le cœur ce sont essentiellement des récepteurs  β1 avec quelques récepteurs  β2 mais ils ont de manière simplifiée le même fonctionnement.
Caractéristique de ces récepteurs: 
-    7 hélices alpha transmembranaires 

-          Extrémité NH2 extracellulaire et COOH intracellulaire

-          On y associe un ligand : molécule qui est spécifique au récepteur.

        Nous vous présentons le récepteur beta-2 adrénergique , protéine qui traverse la membrane sept fois, avec la partie transmembranaire représentée en vert clair, ainsi que les sites d’interactions avec le ligand représentées en rouge : la structure du récepteur se modifie en détruisant la forte interaction ionique qui existe entre la troisième et la sixième hélice.

Mode d'activation du récepteur:

Les récepteurs à 7hélices alpha sont des glycoprotéines monomériques à 7hélices alpha transmembranaires constituées de boucles alternativement intra et extracellulaires. L'extrémité N-terminale est toujours extracellulaire et présente des sites de glycosylation tandis que l'extrémité C-terminale est toujours intracellulaire et présente des sites de phosphorylation. Trois boucles se trouvent à l'extérieur de la cellule et forment ensemble une fente centrale d'environ 2 nm au fond de laquelle une poche hydrophobe constitue le site de reconnaissance du ligand. La troisième des boucles coté cytoplasmique constitue le site d’interaction avec la protéine G.
L'intéraction avec le ligand induit un changement de conformation du récepteur qui déclenche son interaction avec la protéine G. Le changement de conformation est le résultat du passage de conformation inactive du récepteur à conformation active. La conformation inactive est stabilisée par des interactions non covalentes entre les hélices transmembranaires alpha. L'union du ligand perturbe ces interactions et le récepteur passe en conformation active ce qui implique des rotations et des glissements des hélices transmembranaires alpha les unes par rapport aux autres. Comme elles sont attachées à leurs boucles cytoplasmiques, les rotations ou déplacements relatifs des hélices entraînent des changements de conformation dans les boucles cytoplasmiques. Ces changements augmentent l'affinité du récepteur pour une protéine G.

 

Les protéines G

      Les protéines G (G pour "Guanine nucléotide binding proteins") participent à la transduction du signal : ce sont des intermédiaires entre les récepteurs d'hormones situés dans la membrane plasmique et les systèmes réactionnels intracellulaires. 

     Ce sont des protéines liées à la membrane, constituées de sous-unités alpha, bêta et gamma. Les 3 sous-unités sont liées à la membrane : l'extrémité N-terminale de α  et l'extrémité C-terminale peuvent être modifiées par des groupements lipidiques.

      Voici la protéine G hétérotrimérique qui est associée au récepteur beta-2. Ces unités sont liées à la membrane par des queues lipidiques (constituées de lipides) l’unité α ayant une queue lipidique différente de l’unité γ. Le complexe tel qu’il est représenté ci-dessous est à l’était inactif, « éteint ».

Voici le complexe β, γ  en vue latérale ce qui permet de voir qu’il s’agit d’une hélice.

  Remarques : 

 -chaque récepteur activé par une hormone stimule les nombreuses protéines G.

-chaque complexe [protéine G - enzyme cible] catalyse plusieurs réactions avant que la protéine G ne soit à nouveau inactivée.

Fonctionnement du complexe protéique

C'est la transmission du signal de l'adrénaline à l'intérieur de la cellule  

L'adrénaline induit l’activation et inactivation de la protéine G :

•     Le ligand, l'adrénaline, se fixe au récepteur du coté extracellulaire de la membrane plasmique.
  
  
  

•           Le récepteur change sa forme et peut alors se fixer à une protéine G (inactive, GDP) située du côté interne de la membrane plasmique.

•          GDP accepte un phosphate, se transforme en GTP, la protéine est activée.

•        Le complexe βet ϒ se détache de α.
  

•         Une fois α activé, elle se dissocie du récepteur et va se fixer à son enzyme cible (effecteur), en l’activant : ici , l'adényl cyclase.

•          α hydrolyse la GTP (activé GTPase : perte d'un phosphate) et dans son état associé au GDP, se réassocie avec les autres sous unités.
• Le cycle se répète tant que les récepteurs de l'adrénaline restent occupés.

La protéine retrouve sa conformation de départ et est de nouveau inactive.

        Lorsque la protéine G est activée, elle est liée à un récepteur qui  est l'adényl cyclase. S'ensuit alors une réaction en cascade : un second messager l'AMPcyclique (une hormone également) est produit à partir d'ATP. L'AMP cyclique va phosphoryler (ajouter du phosphate ) à la protéine kinase qui va intervenir dans l'apport d'énergie de l'organe cible.

A gauche la protéine G inactive et à droite la protéine est activée (présence de GTP au lieu de GDP sur le site spécifique).

L'AMPcyclique active a son tour la protéine kinase 

 L’AMP cyclique est le produit de l’adénylate cyclase qui hydrolyse l’ATP en formant une liaison ester interne entre le phosphate restant qui reste lié au Carbone n°5’, et la fonction alcool secondaire du Carbone n°3’.

 La PKA est activée par des concentrations d'AMPc proches. La protéine kinase A du muscle est constituée de 2 sous unités : (R) sous unité régulatrice de 49 kDa et (C) sous unité catalytique de 38 kDa. Quand il n'y a pas d'AMPc, les sous unités régulatrices et catalytique forment un complexe R2C2 enzymatiquement inactif. La fixation de 2 molécules d'AMPc sur chaque sous unités régulatrices conduit à la dissocition de R2C2 en une sous unité R2 et 2 sous unité C . Ces dernières sont enzymatiquement actives.

Comment la fixation de l'APMc active-t-elle la kinase ?    

Chaque sous unité R continent une séquence Ala-Arg-Gly-Ala-Ile qui joue un rôle dans la phosphorylation. Dans le complexe R2C2 cette séquence dite " pseudo substrat" occupe le site catalytique de C, empêchant l'entrée des protéines substrat. La fixation de l'AMPc aux chaines R a pour conséquence le déplacement des séquence "pseudo substrat" hors du site catalytique. De cette manière, les chaines C libérées peuvent se fixer à des protéines substrats et les phosphoryler ( ajout de groupement phosphate ).

Il y a donc une transduction du signal grâce au ligand (=molécule signal naturelle qui stimule), ici l’adrénaline, qui se fixe sur le récepteur, ce qui va ensuite permettre les réactions cascade de la protéine G qui est active puis inactive et donc qui permet, ou non, la transmission du signal dans l’espace intracellulaire. La protéine agit donc comme un « interrupteur minuteur », avec un rétrocontrôle négatif.

L’adrénaline est un agoniste. C’est une molécule qui fixe le récepteur, l’active et engendre des effets biologiques, exemple sur le cœur, selon la concentration de cet agoniste dans le corps. (Au contraire de l’antagoniste qui est une molécule qui se fixe aussi a un récepteur mais qui ne l’active pas.)

       
Nous avons parlé du récepteur beta2 mais il existe plusieurs récepteurs pour l'adrénaline: α –adrénergiques et β-adrénergique sont des récepteurs de l’adrénaline et de la noradrénaline (tous des récepteurs couplés aux protéines G). Donc l’adrénaline stimule des récepteurs qui ont un effet inhibiteur, excepté sur le cœur.

      Cependant, chaque récepteur a un rôle spécifique dans l’action de l’organisme lors de la diffusion du signal.

Voici un tableau vous permettant de situer les récepteurs et leurs effets!