Introduction
Dans le chapitre 01 « la cellule et sa membrane » (voir le rappel de l'anatomie d'une cellule ci-dessous) nous avons illustré l'interactivité entre la cellule et l'organisme auquel elle appartient. Cette interactivité suppose l'existence de moyens de communication entre la cellule est ses protagonistes. La communication est assurée par de nombreuses molécules informatives ; les (premiers) messagers qui, selon leur localisation et leur fonction majeures, peuvent être des neurotransmetteurs, des hormones, des cytokines (dont les facteurs de croissance) ou encore des composants de la matrice extracellulaire.
La molécule informative est qualifiée de premier messager lorsqu'elle est reconnue par un récepteur (protéine de liaison) situé à la surface ou à l'intérieur de la cellule et que cette interaction induit un « signal intracellulaire » de la part de la cellule porteuse du récepteur. Les récepteurs et les signaux qu'ils transmettent, donnent à la cellule une représentation symbolique permanente de son environnement (voir figure 1A).
La conversion entre fixation du messager et émission du signal intracellulaire est appelée « transduction du signal ». Dans la vie de l'espèce la transduction du signal est un processus capital, surtout chez les métazoaires dont l'Homme, chez lequel on estime que 20% des gènes sont consacrés à sa réalisation (et pour cette même raison, la présente ressource est volumineuse !).
Le problème de la membrane plasmique
Si l'on considère la transduction du signal dans sa globalité, on se pose la question de savoir comment les premiers messagers peuvent influencer ce qui se passe à l'intérieur de leur cellules-cibles. D'abord, étant donné leur hydrophilicité, les premiers messagers sont incapables de traverser les membranes (les longues chaînes d'acides gras ne disposent pas d'interactions électrostatiques capables de remplacer celles qu'elles perdent en quittant la phase aqueuse) (voir figure 2B).L'effet du premier messager doit donc s'exercer de l'extérieur. Pour mémoire, les membranes des cellules, bien que très minces (4 à 6 nm) sont effectivement imperméables aux ions et aux molécules polaires. Pour illustrer ce point, rappelons que les ions K + qui pourraient atteindre l'équilibre par diffusion sur cette distance dans l'eau en environ 5 ms, mettent 12 jours (280 heures) à s'équilibrer dans une bicouche de phospholipides (dans des conditions comparables de température, etc.). Ainsi, pour une hormone telle que l'adrénaline, la vitesse de pénétration par diffusion dans la cellule est trop faible pour être mesurée, ce qui permet de comprendre la nécessaire intervention d'un récepteur transmembranaire.
L'évolution des récepteurs transmembranaires a accompagné le développement de mécanismes qui permettent aux molécules de signalisation externe, les premiers messagers, de diriger les activités des cellules dans des circonstances variées, avec une spécificité élevée et un contrôle précis en termes d'étendue et de durée. À quelques exceptions importantes près (les hormones stéroïdes et thyroïdiennes et le monoxyde d'azote NO), les premiers messagers agissent sans jamais avoir à pénétrer dans leurs cellules cibles. En première instance c'est le signal, et pas le messager, qui est transporté dans la cellule par l'intermédiaire du récepteur et ce processus est appelé « transduction du signal » : processus qui combine à la fois le transfert du signal à travers la membrane et sa traduction (décodage). La transduction du signal englobe donc tous les procédés par lesquels les récepteurs engagés (dans la membrane plasmique ou intracellulaire) transmettent des signaux dans la cellule. Collectivement, ceux-ci fournissent une représentation symbolique de l'environnement et permettent aux cellules de répondre de manière appropriée aux changements (réponses précoces et tardives).
Dans la vie de l'espèce la transduction du signal est un processus capital, surtout chez les métazoaires dont l'Homme, chez lequel on estime que 20% des gènes sont consacrés à sa réalisation (c'est cette raison, qui justifie le volume tout particulier de la présente ressource).
Remarque : La locution « transduction du signal »
La locution “transduction du signal » est apparue dans le titre de trois articles publiés en 1979 (Springer et al., Nature 280: 279; Koman et al., J Bacteriol 138: 739 ; Kenny et al., J.Immunol 122: 1278). Elle était empruntée aux physiciens qui désignent par transduction le passage d'une forme d'énergie à une autre. Par exemple un microphone « transduit » des ondes sonores en courant électrique. Sa généralisation dans le langage biologique se fit après la célèbre revue de Martin Rodbell publiée en 1980 dans le journal Nature, qui attirait l'attention sur le rôle du GTP et des protéines liant le GTP dans les régulations métaboliques. Martin Rodbell a obtenu en 1994 le prix Nobel en Physiologie ou Médecine qu'il partagea avec Alfred Gilman pour « their discovery of G-proteins and the role of these proteins in signal transduction in cells ».
Pour en savoir plus, consultez le document suivant : « G proteins 1980 Rodbell [pdf] » (719 Ko).
Rappel : L'anatomie d'une cellule
Les cellules sont caractérisées par leur membrane, leur noyau et leur cytoplasme.
Une cellule a un diamètre de 5\(\mu m\) à 100\(\mu m\) et contient environ un milliard de molécules protéiques, constituant à peu près 60% de sa masse sèche. On pense qu'il y a environ 10.000 types différents de protéines dans une cellule. Pour bien fonctionner, les cellules ont compartimenté leur processus biochimiques dans le cytoplasme et ces compartiments sont les organites cellulaires (ou organelles) (voir figure 4).
