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Définition et synonyme de : SIGNALISATION, biologie

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Article publié par Encyclopaedia Universalis SIGNALISATION, biologie En biologie, on appelle signalisation l'ensemble des mécanismes de communication entre cellules. Les molécules impliquées dans ces échanges assurent trois fonctions : transporter l'information grâce à des signaux chimiques, décoder les messages portés par ces signaux grâce à des récepteurs (communication intercellulaire proprement dite) et transférer à la machinerie intracellulaire les éléments d'information (communication intracellulaire). Les molécules qui transportent l'information peuvent être comparées à des clés (appelées ligands) adaptées aux serrures que représentent les récepteurs. Caractéristiques des systèmes de signalisation Toutes les réactions concernées – clé-serrure, mais aussi l'ensemble des mécanismes de commande en aval de la serrure – obéissent à la loi d'action de masse : les molécules impliquées se lient et se séparent (on parle d'association et de dissociation) en fonction de leur complémentarité de forme dans l'espace et de leur charge électrique. On appelle affinité le rapport des constantes d'association et de dissociation. En fonction de leur structure, les molécules de signalisation se lient entre elles avec des affinités différentes, ce qui introduit davantage de diversité et de flexibilité dans le système de communication. En modifiant l'affinité de l'interaction ligand-récepteur, la cellule est capable de gérer la durée de transmission du signal.
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SIGNALISATION, biologie

En biologie, on appelle signalisation l'ensemble des mécanismes de communication entre cellules. Les molécules impliquées dans ces échanges assurent trois fonctions : transporter l'information grâce à des signaux chimiques, décoder les messages portés par ces signaux grâce à des récepteurs (communication intercellulaire proprement dite) et transférer à la machinerie intracellulaire les éléments d'information (communication intracellulaire).

Les molécules qui transportent l'information peuvent être comparées à des clés (appelées ligands) adaptées aux serrures que représentent les récepteurs.

Caractéristiques des systèmes de signalisation

Toutes les réactions concernées – clé-serrure, mais aussi l'ensemble des mécanismes de commande en aval de la serrure – obéissent à la loi d'action de masse : les molécules impliquées se lient et se séparent (on parle d'association et de dissociation) en fonction de leur complémentarité de forme dans l'espace et de leur charge électrique.

On appelle affinité le rapport des constantes d'association et de dissociation. En fonction de leur structure, les molécules de signalisation se lient entre elles avec des affinités différentes, ce qui introduit davantage de diversité et de flexibilité dans le système de communication. En modifiant l'affinité de l'interaction ligand-récepteur, la cellule est capable de gérer la durée de transmission du signal.

Fonctionnellement, ce sont des changements de conformation spatiale des deux molécules impliquées dans la réaction (par exemple le récepteur et son ligand) qui déterminent association et dissociation.

Les changements de conformation résultant de la liaison ligand-récepteur ont pour conséquence de modifier les potentiels de membrane de la cellule en contrôlant l'ouverture de canaux ioniques et d'activer une classe particulière d'enzymes, les protéines kinases, dont le rôle est de greffer un radical phosphate (PO3) sur des substrats protéiques spécifiques. Cette réaction, dite de phosphorylation, entraîne elle-même des modifications de la conformation (et donc de l'activité) du substrat.

Les molécules de signalisation se répartissent en familles moléculaires constituant des modules. On définit ainsi la propriété qui rend différents membres d'une famille relativement interchangeables entre eux à tous les niveaux de la chaîne de signalisation (signaux, récepteurs et molécules de transduction). Elle résulte de la diversification de molécules prototypes à la faveur de l'évolution.

Signalisation intercellulaire

Les familles de signaux, ou ligands, ne diffèrent souvent que par d'infimes substitutions moléculaires. L'addition d'un radical hydoxyle (OH) ou méthyle (CH3) suffit pour différencier l'action des médiateurs monoaminergiques que sont la dopamine, la noradrénaline et l'adrénaline. Dans la famille des morphinomimétiques (courtes séquences d'acides aminés appelées peptides et agissant de façon analogue à la morphine, en intervenant notamment dans la régulation de la douleur), la substitution d'un seul acide aminé peut modifier la reconnaissance du ligand par son récepteur. Chaque peptide morphinomimétique agit optimalement sur son récepteur spécifique, mais est également capable d'affecter d'autres récepteurs de la famille avec une affinité moindre ; une population variable de récepteurs sera ainsi recrutée lorsque la concentration du ligand augmente.

Les récepteurs sont tous constitués de séquences portant successivement le motif de reconnaissance du ligand (exposé à l'extérieur de la cellule), un segment transmembranaire qui assure la fixation du récepteur à la membrane plasmique, enfin une séquence intracellulaire portant l'activité enzymatique. Ils se répartissent en quatre super-familles qui diffèrent par le mode de mise en œuvre de la réponse intracellulaire sous l'effet de la liaison du signal. Dans la famille la plus simple (récepteurs de l'insuline par exemple), les deux extrémités d'une même molécule assurent la réception du signal et l'activation enzymatique. Dans les autres familles, plusieurs molécules sont associées à la réalisation de ces fonctions, comme dans la famille la plus répandue des récepteurs à sept domaines transmembranaires (aussi appelés « couplés aux protéines G »). Cette famille contient les récepteurs de la majorité des hormones protéiques et des neuromédiateurs ; son récepteur archétypique est la rhodopsine, une molécule photoréceptrice de la rétine dont un seul photon suffit à modifier la conformation. En dehors de la configuration caractéristique qui leur permet de traverser sept fois la membrane plasmique, ces récepteurs présentent l'originalité d'être couplés à leur effecteur enzymatique par un double intermédiaire, les protéines G et les seconds messagers, comme l'adénosine monophosphate cyclique (cAMP) ou la voie des inositol-posphates, qui activent eux-mêmes des protéines kinases.

Enfin, les récepteurs-canaux sont des structures polymériques dont la partie transmembranaire forme des pores, ou canaux, dont le gabarit et la répartition des charges électriques déterminent la sélectivité pour différents ions (calcium, sodium, potassium...). Cette famille comporte notamment les récepteurs du glutamate (qui jouent un rôle important dans l'apprentissage et la mémoire), ou encore ceux de l'acétylcholine et du gaba.

Signalisation intracellulaire

L'activation des récepteurs est elle-même relayée par des familles de molécules spécialisées qui assurent la transduction des signaux, c'est-à-dire leur relais de la membrane à l'ensemble des processus intracellulaires. Certaines d'entre elles, comme les JAK (protéines-kinases activatrices dites de Janus, par référence au gardien des passages de la mythologie romaine, dans la mesure où elles « ouvrent » la signalisation en aval des récepteurs) ou les MAP (protéines-kinases activées par les mitogènes), intègrent les informations provenant des différents récepteurs exprimés à la membrane cellulaire. La cellule peut ainsi répondre de façon adaptée, par exemple en phosphorylant ses propres récepteurs et en réglant ainsi à chaque instant la sensibilité de la cellule aux signaux de son environnement (processus de sensibilisation et de désensibilisation).

Mais la signalisation intracellulaire a pour cible principale le contrôle de l'expression des gènes spécifiques de la cellule en fonction des combinaisons variables de signaux qu'elle reçoit. Ce contrôle fait également appel à une autre variété de récepteurs, les récepteurs nucléaires, tels que les récepteurs des hormones gonadiques (estrogènes, progestérone, testostérone) et surrénaliennes (cortisol, corticostérone).

En contrôlant l'expression des gènes, les mécanismes de signalisation intracellulaire interviennent dans l'initiation des réponses motrices (dans les muscles) ou sécrétoires (dans les glandes ou le cerveau), mais ils agissent aussi sur la différenciation cellulaire et l'aiguillage de la cellule vers un cycle de prolifération ou, au contraire, d'apoptose (suicide cellulaire programmé, qui conduit à l'élimination des cellules anormales). D'où leur importance dans la plupart des formes de cancer.

Auteur: Claude KORDON
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