Chapitre 3 - Interaction hormone
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Chapitre 3 - Interaction hormone
Chapitre 3 : Interaction hormone – récepteur Table des matières 1. GENERALITES.......................................................................................................................................... 2 2. LES RECEPTEURS SONT DES PROTEINES DE LIAISON SPECIFIQUE....................................... 2 2.1. DIFFERENTES TECHNIQUES EXPERIMENTALES.................................................................................................3 2.2. REGULATION DES RECEPTEURS HORMONAUX...................................................................................................3 3. LES RECEPTEURS MEMBRANAIRES COUPLES AUX PROTEINES G ......................................... 5 3.1. LES PROT G ASSURENT LE COUPLAGE ENTRE LES RECEPTEURS ET LES MECANISMES DE TRANSDUCTION INTRACELLULAIRE .................................................................................................................................5 3.2. ACTIVATION DES HORMONES VIA LE SYST AMPC ............................................................................................6 3.3. ACTION DES HORMONES VIA LE SYSTEME IP3 / DAG .....................................................................................7 3.4. ACTION DES HORMONES VIA L’ACIDE ARACHIDONIQUE ..................................................................................8 4. LES RECEPTEURS A ACTIVITE ENZYMATIQUE ............................................................................. 8 4.1. LES RECEPTEURS A ACTIVITE GUANYLATE CYCLASE ........................................................................................8 4.2. LES RECEPTEURS A ACTIVITE TYROSINE KINASE ..............................................................................................8 4.3. LES RECEPTEURS ASSOCIES AUX TYROSINE KINASES .......................................................................................9 5. LES RECEPTEURS INTRACELLULAIRES........................................................................................... 9 5.1. LES RECEPTEURS ASSOCIES AUX HSP 90 (STEROÏDES)................................................................................ 10 5.2. LES RECEPTEURS ASSOCIES A L’ADN (HORMONES THYROÏDIENNES) ...................................................... 10 6. LES RECEPTEURS CANAUX OU COUPLES A DES CANAUX........................................................10 6.1. LE RECEPTEUR NICOTINIQUE DE L’ACETYLCHOLINE .................................................................................... 10 6.2. MODULATION DE L’OUVERTURE DE CANAUX PAR PHOSPHORYLATION..................................................... 10 6.3. MODULATION DE L’OUVERTURE DE CANAUX PAR DES PROT G................................................................... 11 Thomas Dougnac‐Galant 1 Introduction : Pour faire interagir des hormones avec des ¢ il faut s’intéresser aux récepteurs. 1. Généralités 1 H interagit avec 1 récepteurs _ Spécificité de reconnaissance _ Couplage avec réponse ¢R Diapo 11 On a mis en évidence 4 grands types de récepteurs : _ 3 sont à la surface des ¢ et vont intéresser les H hydrosolubles _ On a aussi des récepteurs intra ¢R pour les H liposolubles. Les récepteurs mbeR sont des prot qui peuvent être couplées avec des enz mbeR Le récepteur peut lui‐même être une enzyme Le récepteur est un canal et la fixation de H va modifier la perméabilité aux ions. Les récepteurs nucléaires, seront des facteurs de transcription hormono dpdt. 2. Les récepteurs sont des protéines de liaison spécifique _ Spécificité (relative) : le récepteur peut être trompé par d’autres molécules _ Forte affinité _ Nombre limité de sites _ Spécificité d’expression tissulaire _ Réversibilité Kd de 1 nM à 10 pM NR : nombre de récepteurs [H] + [R] [HR] Ka= [HR]/[H]x[R] (M‐1) Kd=[H]x[R]/[HR] (M) Si il y a une forte affinité, on aura peu de récepteurs et on pourra peut être les dénombrer. Diapo 12 On peut saturer les récepteurs en augmentant la concentration d’H. A partir de ces courbes de saturation, on va pouvoir calculer le nb de récepteurs présents et leur affinité pour l’hormone. 2 Thomas Dougnac‐Galant Quand on est à saturation, on est proportionnel au nb de récepteurs présents. A la moitié de saturation, on a une concentration qui est la constante de dissociation du système. Plus la constante est petite, plus l’affinité est grande. La fixation que l’on observe est elle une fixation sur le récepteur ou sur autre chose. A‐t‐on une fixation spécifique ou pas ? Est‐elle réversible par compétition ? On va faire des expériences de compétitions. Diapo 13 Expérience sur des ¢ Exprimant 1 récepteur d’une H N’exprimant pas ce récepteur Diapo 14 On ne peut calculer la liaison spécifique par différence entre la liaison totale et la liaison non spécifique. 2.1.Différentes techniques expérimentales • Techniques de liaison (binding studies) _ Isolement de fractions cellulaires (mbes, ny) _ Fixation de ligand marqué (radioactif) a doses croissantes (saturation) a dose fixe + doses croissantes de ligand froid (compétition) _ Incubation jusqu’à l’équilibre _ Détermination du ligand fixé • Autoradiographie _ Coupes de tissu _ Incubation avec ligand marqué (radioactif) a doses croissantes a dose fixe + doses croissantes de ligand froid _ Incubation jusqu’à l’équilibre _ Détermination du ligand fixé (exposition sur film) diapo 15 2.2.Régulation des récepteurs hormonaux Les récepteurs présentent une régulation qualitative et quantitative _ Modif qualitatives (affecte l’affinité) _ Diminution de l’affinité par Coopération négative Thomas Dougnac‐Galant 3 Acidose (modif des charges et donc forme) Phosphorylation de certains AA _ Masquage des sites de fixation protéine hsp 90 La phosphorylation modifie la conformation spatiale et donc la capacité à se fixer. La coopération est la présence de plusieurs sites de fixation pour 1 hormone. Ces sites seront occupés séquentiellement par l’hormone présente. La fixation d’une H sur l’un des sites peut réduire l’affinité des autres sites de liaison pour H _ Modifications quantitatives : _ Internalisation après fixation : phénomène rapide Diapo 16 Constitution d’une vésicule d’internalisation. Les récepteurs se déplacent à la surface de la ¢ pour être internalisés. On voit ce phénomène quand la ¢ est soumise à de fortes quantités d’hormones. La ¢ devient résistante à l’hormone. La vésicule peut fusionner avec le golgi => les H sont en contact avec des protéases qui vont dégrader les complexes HR. Il peut exister un processus de recyclage des prot endogènes et réexprimer les récepteurs en mbe. Après qqs min, on voit réapparaitre des récepteurs à la surface de la ¢. Elle retrouve une sensibilité. Les cplx HR internalisés peuvent aller atteindre les compartiments intra ¢R et notamment le ny. C’est le cas des facteurs de croissance. _ Régulation par l’hormone : la plupart des récepteurs des H ont une expression contrôlée par cette même H. On trouve une régulation positive ou négative. • Une régulation positive ou upregulation. Diapo 17 La prolactine, H hypophysaire caractérisée dans le foie. Dans une expérience, on fait une hypophysectomie. Si on dose la prolactine, on trouve de très faibles quantités dans le sang. Dans le même temps, on trouve très peu de récepteurs sur la mbe des hépatocytes. Pour voir le lien entre les 2, on fait une expérience de substitution. On implante sous la peau, une petite capsule qui contient une solution de prolactine et qui dispose d’une mbe perméable aux molécules et aux grosses prot comme la prolactine. Cette mbe est en contact avec le liq extra ¢R des tissus cutanés => on a un gradient de prolactine et donc elle a tendance à sortir. Elle se répand dans le sang de façon continue. On a donc une augmentation du taux de prolactine jusqu’à un plateau. Sur la mbe des hépatocytes, on a des nouveaux des récepteurs et la concentration augmente aussi jusqu’à un plateau. Il semble y avoir une corrélation directe entre prolactinémie et le récepteur de H. • On peut aussi avoir une régulation négative ou downregulation. C’est celui rencontré la plupart du temps Ex sur l’insuline et les lymphocytes qui possèdent des récepteurs. On les incube dans des conditions témoin et on quantifie l’abondance des récepteurs. On a donc un niveau de référence. 4 Thomas Dougnac‐Galant On augmente progressivement la concentration d’insuline dans le milieu. Plus on rajoute d’insuline, moins il y a de récepteurs présents. Si on met de très fortes concentrations, on a une diminution rapide dû à l’internalisation des récepteurs. Dans le cas d’excès d’H, ça permet d’induire une résistance des ¢ cibles à l’hormone. 3. Les récepteurs membranaires couplés aux protéines G Diapo 18 On peut avoir des récepteurs des catécholamines. Ces récepteurs fonctionnent en activant des enz mbeR comme l’adénylate cyclase ce qui permet de créer de l’AMPc. Au milieu on implique des prot mbeR : les prot G La prot possède 7 domaines trans mbeR. On trouve une partie extra ¢R ou se fixe le ligand. Dans la partie en contact avec le cytoplasme, on a une partie qui permet l’interaction avec les prot G. On trouve aussi des sites de phosphorylation dans la partie intra ¢R pour modifier l’affinité avec la prot G 3.1.Les prot G assurent le couplage entre les récepteurs et les mécanismes de transduction intracellulaire Les prot G permettent d’activer des processus intra ¢R, ce sont des processus de transduction du signal hormonal. 2 grandes voies peuvent être activées : AMPc et Ca. Diapo 19 On peut mettre en // ces 2 voies d’activation. On trouve dans les 2 cas une étape de reconnaissance entre le R et H pour former des cplx HR actifs. Le récepteur peut se lier aux prot G qui peuvent se dissocier pour aller activer des enz mbeR (adénylate cyclase pour l’AMPc et phospholipase pour former l’inositol 3P qui va activer la libération de Ca à partir des stock intra ¢R). On a donc une augmentation des concentrations intracellulaires. Ces molécules seront les seconds messagers des H. Ils vont aller activer des enz cibles qui catalysent des réactions cellulaires. Ces prot G sont des groupement de 3 sous‐unités α, β, γ. La sous unité α fixe et hydrolyse le GTP. Quand elle est dans la configuration liée, elle permet l’activation de l’adénylate cyclase. Diapo 20 La prot G se dissocie quand elle est activée. La dissociation est transitoire car la sous‐ unité α hydrolyse le GTP en GDP et elle devient inactive et elle se dissocie de l’enz et se réassocie aux sous‐unités βγ. 5 Thomas Dougnac‐Galant L’AMPc est formé à partir de l’ATP Diapo 21 La concentration intra cellulaire en AMPc dépend de la voie de synthèse mais aussi de la voie de dégradation catalysée par une autre enz : phosphodiestérase pour former du 5’AMP, qui est une molécule inactive pour l’essentiel. On peut trouver des H qui vont agir par activation de la voie de synthèse et on a d’autres H qui vont activer les voies de dégradation. 3.2.Activation des hormones via le syst AMPc Sutherland en 1958, mode d’action du glucagon sur le foie et l’adrénaline sur le muscle. Ce sont 2 H activant la glycogénolyse. La glycogène phosphorylase s’active quand on rajoute ces H => glycogénolyse. Il fait l’expérience Hormone + homogénat centrifugé (pour faire tomber les mbes dans le culot) => les molécules ne peuvent pas activer l’enz L’hormone + L’enz => pas d’activation. Il faut une phase mbeR pour que l’activation fonctionne. Il isole les hormones + mbes => synthèse d’AMPc Dibutyryl‐AMPc + cellule => glycogénolyse AMPc active des processus de phosphorylation enzymatique. La prot kinase dépendante de l’AMPc (Pk‐A) assure les effets de l’AMPc Diapo 22 Les sous unités actives sont inhibées par des sous unités régulatrices qui possèdes des sites de fixation de l’AMPc. Quand l’AMPc se fixe, on a un changement de conformation et libération des sous unités actives et donc permet une activité. Elles vont catalyser la phosphorylation de prot comme l’activation d’un processus qui conduit à la glycolyse. La phosphorylation se fait sur les AA Ser et Thr Diapo 23 Ces processus en cascade vont permettre l’amplification du signal hormonal. Les récepteurs de l’H sont assez peu nbx donc l’amplification est très utile. On a plusieurs étages d’amplification. Les enz cibles sont surtout les enz du métabolisme mais ca peut aussi être des facteurs de régulation de l’expression génique. Dans la voie de l’AMPc, on parlera de CREBP (Camp Response Element Binding Prot) Diapo 24 6 Thomas Dougnac‐Galant 3.3.Action des hormones via le système IP3 / DAG Ils viennent de l’hydrolyse de certains phospholipides mbeR formant des composés actifs Diapo 25 Le groupement inositol‐3P est un groupement polaire La phospholipase C va permettre de cliver le PIP2 en IP3 + DAG Ces molécules vont entrer dans des voies de signalisation intra ¢R et notamment dans la voie calcique Diapo 26 IP3 permet la libération de Ca depuis le réticulum endoplasmique. Il existe des canaux calcium IP3 dpdt sur la mbe du RE. Le Ca sort du RE et va autoactiver le canal. Ce phénomène s’arrête quand il n’y a plus d’H. L’IP3 va être déphosphorylé par des phosphatases. Le Ca est repompé en DH de la ¢ ou dans les réserves de la ¢. Le DAG peut activer des prot kinases dpdtes du DAG => permet phosphorylation de prot ¢R,… La concentration de Ca au repos est faible [Ca]extra : 10‐3 M [Ca]intra : 10‐7 M Il faut des méca efficaces pour maintenir ces concentrations. Soit une calcium ATPase (pompe le Ca vers l’extérieur) Soit un antiport Na/Ca couplé avec la Na/K ATPase pour repomper le Na DH. Le Ca peut être stocké dans la ¢ soit en association avec des prot, soit le stocker dans le RE par une calcium ATPase. On peut aussi stocker le Ca dans la mitochondrie => influence sur l’activité mitochondriale et notamment l’activité d’oxydation. Le Ca va activer des prot cibles qui sont des prot kinases dpdtes du Ca libre et associé à la calmoduline : CAM kinases. Diapo 27 Une partie catalytique inhibé par un domaine inhibiteur. La calmoduline a des sites de fixation du Ca et elle change de conformation quand il y a du Ca => permet l’association à la prot kinase. Elle devient active et permet une autophosphorylation et elle devient totalement active. Permet d’activer des processus métaboliques ou des processus d’activation transcriptionnels. Quand le signal s’arrête, le Ca est repompé et sa concentration intra ¢R diminue. Le Ca se dissocie de la calmoduline et donc libère la CAM, puis intervention d’une phosphatase pour retourner à la forme de départ. C’est une activation séquentielle de la prot induite par le signal calcium. Thomas Dougnac‐Galant 7 Diapo 28 Régulation de l’activité transcriptionnelle. Diapo 29 3.4.Action des hormones via l’acide arachidonique Provient de l’hydrolyse de phospholipides mbeR Diapo 30 L’acide arachidonique peut aller activer des prot kinases qui vont elles même phosphoryler des prot cibles. On peut aussi former des dérivés : prostanoïdes et époxydes Les prostanoïdes donneront les prostaglandines et les leucotriènes. Ce sont des molécules de signalisation intra ¢R Les époxydes permettent la synthèse de GMPc On peut aussi produire des molécules de signalisation extra ¢R comme les leucotriènes et les prostaglandines. 4. Les récepteurs à activité enzymatique On a des prot trans mbeR : _ domaine de liaison du ligand à l’extérieur de la ¢ _ domaine cytosolique avec une activité enzymatique • intrinsèque • par association directe avec les enz 4.1.Les récepteurs à activité guanylate cyclase Ex : récepteur du facteur atrial natriurétique (ANF) Produit par le cœur pour la régulation de la concentration de Na par action sur les reins Un récepteur possède une activité catalytique de type guanylate cyclase => permet la formation de GMPc ce qui permet d’activer des prot GMPc dpdtes 4.2.Les récepteurs à activité tyrosine kinase On trouve ici les récepteurs de la plupart des facteurs de croissance 8 Thomas Dougnac‐Galant Diapo 31 La partie intra ¢R possède une activité enzymatique de type tyrosine kinase. Ces récepteurs suivent une séquence d’autoactivation ce qui va entrainer une activation du site catalytique => auto ou trans phosphorylation du récepteurs quand ils sont dimériques. Les phosphorylations se font les AA Tyr. Va créer des sites d’interaction avec des prot cytosoliques. Ce qui abouti a l’activation d’une cascade d’activation protéique. Diapo 32 Sur les Tyr phosphorylées vont se greffer des prot cytosoliques. Elles peuvent être à leur tour phosphorylées (prot type IRS : substrat du récepteur a insuline) ce qui permet l’activation d’autres prot en cascade dont des enz comme le syst des MAP kinases. Une fois ces enz activées, elles vont moduler l’activité d’autres enz par phosphorylation. 4.3.Les récepteurs associés aux tyrosine kinases Ce sont des récepteurs des médiateurs locaux (cytokines), GH, prolactine. En général, association de sous unités du récepteur et des Tyr kinases _ prot kinases Src _ janus kinase Diapo 33 Les prot ont 3 sous unités qui sont dissociées quand le ligand est absent. Quand il est présent, ca permet l’association des sous unités pour former un récepteur fonctionnelle et par association avec d’autres prot, on peut acquérir des activités enzymatiques. 5. Les récepteurs intracellulaires Famille de récepteurs à structure très conservée. Ils sont la cible des hormones liposolubles. On retrouve les stéroïdes, les H thyroïdiennes, des vitamines et des dérivés des lip (a. rétinoique). Diapo 34 On trouve un domaine de fixation à l’H et une partie peut interagir avec de l’ADN. Il y a aussi un domaine de dimérisation ce qui permet l’association de récepteurs par 2 pour former des dimères. Ce sont 2 récepteurs qui se fixent sur une séq nucléotidique présente sur l’ADN des ¢. Cette séquence est appelée élément de réponse à l’hormone (HRE : Hormone Response Element). Ces dimères ne sont pas forcément formés par 2 mêmes récepteurs. Ils fonctionnent généralement sous la forme d’hétérodimères. Thomas Dougnac‐Galant 9 Les récepteurs peuvent agir avec des acides nucléiques par l’intermédiaire d’une séq d’AA particulière, formée principalement d’AA de type Cys qui de part leur charge peuvent capturer un atome de Zinc pour créer des replis : doigt de Zinc. Les atomes de Zn et d’autres AA permettent de créer une zone chargée + ce qui permet d’interagir avec des acides nucléiques chargés ‐. On trouve 2 familles de ces récepteurs intra cellulaires. 5.1.Les récepteurs associés aux Hsp 90 (stéroïdes) Hit Shock Protein Diapo 35 Ce sont les récepteurs des stéroïdes. Ils sont intra ¢R mais ils sont cytosoliques. Ils sont présents associés aux hsp. C’est la présence de H qui active le récepteur. C’est la présence de hsp qui bloque le site d’association par exemple. La présence de H entraine la fixation de H sur son site actif => libère la prot hsp ce qui permet de libérer le site de liaison à l’ADN. Le cplx HR peut alors migrer vers le ny. 5.2.Les récepteurs associés à l’ADN (hormones thyroïdiennes) On trouve le récepteur T3 qui est déjà associé à l’ADN sur un HRE (TRE T3 Response Element) Diapo 36 Le récepteur est déjà associé à l’ADN et l’H doit arriver jusqu’au récepteur. Il faut transporter H sous forme associée puis elle traverse la MP et on a un autre transport de H pour aller jusqu’au récepteur nucléaire. Permettra ensuite de modifier la transcription de gènes. 6. Les récepteurs canaux ou couplés à des canaux 6.1.Le récepteur nicotinique de l’acétylcholine Diapo 37 Association de sous unités qui forme un canal dont l’ouverture et fait par la fixation de Ach sur les sous unités α. 6.2.Modulation de l’ouverture de canaux par phosphorylation On peut retrouver des récepteurs associés aux prot G qui permettent par phosphorylation, l’ouverture d’un canal. 10 Thomas Dougnac‐Galant 6.3.Modulation de l’ouverture de canaux par des prot G Par association de prot G α directement sur le canal, permet l’ouverture. Thomas Dougnac‐Galant 11