SIGNALISATION, biologie

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En biologie, on appelle signalisation l'ensemble des mécanismes de communication au niveau cellulaire. Les molécules impliquées dans ces échanges assurent trois fonctions : transporter de l'information via des signaux chimiques ; décoder les messages portés par ces signaux grâce à des récepteurs (communication intercellulaire proprement dite) ; enfin, transférer les ordres contenus dans ces messages à la machinerie intracellulaire (communication intracellulaire).

La communication cellulaire peut être endocrine (échange d'information à distance grâce à des hormones), paracrine (échanges de proximité entre cellules contiguës, comme la neurotransmission), ou encore autocrine (messages émis et reçus par la même cellule pour s'autoréguler).

Les molécules qui transportent l'information (hormones, médiateurs) peuvent être comparées à des « clés » (appelées ligands) adaptées aux « serrures » que représentent les récepteurs. Dans cette métaphore, la signalisation intracellulaire est comparable au « pêne » activé par le mouvement de la clé dans la serrure.

Malgré leur grande diversité, les mécanismes de signalisation obéissent à des caractéristiques communes.

Lois générales de la signalisation

Loi d'action de masse. 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 charge électrique.

Affinité. 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 effet, en jouant sur l'affinité de l'interaction ligand− récepteur, la communication cellulaire est capable de gérer sa vitesse de transmission. Plus l'association l'emporte sur la dissociation (donc plus l'affinité est élevée), plus la durée de la transmission induite par une interaction ligand-récepteur est longue.

Conformation spatiale. Le principe général de l'association et de la dissociation est basé sur des changements de conformation spatiale des deux molécules impliquées dans la réaction (par exemple le récepteur et son ligand). Ces changements affectent à leur tour l'activité des molécules impliquées (en activant ou inactivant certaines propriétés chimiques de la molécule, ou en masquant ou en démasquant des sites prévus pour d'autres liaisons).

Relais ioniques et enzymatiques. Les changements de conformation survenant lors de la liaison ligand-récepteur entraînent deux conséquences principales : en premier lieu, ils modifient les potentiels de membrane de la cellule en contrôlant à ce niveau l'ouverture de canaux ioniques ; en second lieu, ils activent une classe particulière d'enzymes, les protéines kinases, dont le rôle est de greffer un radical phosphate (P03-) sur des substrats protéiques spécifiques. Cette réaction, dite de phosphorylation, entraine elle-même des modifications de conformation, et donc de l'activité du substrat. La modulation des propriétés ioniques et des protéines kinases est directement ou indirectement à la base de toutes les régulations intracellulaires qui résultent de la liaison du ligand à son récepteur.

Modularité. Les molécules de signalisation se répartissent en familles moléculaires qui se comportent comme des modules. On définit ainsi la propriété qui rend différents membres d'une famille relativement interchangeables entre eux (ils peuvent se substituer les uns aux autres pour interagir avec les membres d'autres familles). La modularité s'applique à tous les niveaux de la chaîne de signalisation (signaux, récepteurs et molécules de transduction). Elle résulte de la diversification, au cours de l'évolution, d'un petit nombre de « prototypes » présentant déjà les principales propriétés des ligands, des récepteurs et des agents de transduction plus récents. De légères modifications des gènes responsables de la production des molécules signal (donc codant pour les protéines correspondantes) ont ainsi donné naissance à des molécules reconnaissant également d'autres membres de leur famille de récepteurs, généralement avec des affinités différentes.

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Pour citer l’article

Claude KORDON, « SIGNALISATION, biologie », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 04 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/signalisation-biologie/