Médiateur chimique

Définition

Un médiateur chimique (neuromédiateur, messager chimique) est une molécule de signal qui cible et propose à un récepteur d'engager une réponse. Plusieurs voies de communication cellulaire sont médiées soit directement en intercellulaire, soit indirectement via des messagers chimiques

Communication entre deux cellules via un médiateur chimique :

Le médiateur chimique envoie un message d'une cellule sécrétoire vers un récepteur d'une cellule cible. Le récepteur doit être adapté au message envoyé pour interagir.

Explications

Dans la communication indirecte, la plupart des cellules communiquent en sécrétant un médiateur chimique (ligand, cellule de signal, biomolécules) qui se lie de manière réversible à un récepteur sur une cellule cible. La liaison du ligand au récepteur produit une réponse dans la cellule par des mécanismes appelés transduction du signal.

Dans une communication directe (intercellulaire), les jonctions GAP sont des canaux entre les membranes cellulaires qui permettent aux ions et aux petites molécules de passer directement d'une cellule à l'autre. Ces canaux sont formés par des protéines membranaires appelées connexines. Six connexines dans la membrane cellulaire forment un canal appelé connexon. Les connexons de deux cellules forment une jonction lacunaire. Les jonctions lacunaires permettent aux signaux électriques de passer directement d'une cellule à l'autre. Les jonctions lacunaires se trouvent dans les cellules cardiaques et musculaires lisses et entre certains neurones.

La force de la réponse est proportionnelle au nombre de récepteurs liés. Le nombre de récepteurs liés augmente avec une augmentation de la concentration des ligands et du nombre de récepteurs dans la membrane.

Voir aussi les systèmes à second messager.

✅ Dans le cas de la neurotransmission, avec la transmission d'informations d'un neurone (un type de cellule du système nerveux) à un autre neurone, une cellule musculaire ou une glande, le médiateur chimique est une molécule également appelée neurohormone.

Messager chimique

Un messager chimique, en signalisation cellulaire, est un composé qui sert à transmettre un message. Il peut faire référence à ces types de molécules :

• paracrine : produit chimique qui communique avec les cellules voisines. Les cellules cibles doivent être suffisamment proches pour permettre aux paracrines d'atteindre les cellules cibles par diffusion. Par exemple, les cytokines sont libérées principalement par les globules blancs et fonctionnent dans le système immunitaire. Les cytokines ne parcourent généralement qu'une courte distance par diffusion, mais peuvent se déplacer plus loin dans le corps par la circulation sanguine. Les cytokines comprennent les interleukines et les interférons. Un autre exemple est l'histamine qui est libérée par les mastocytes et déclenche une réponse inflammatoire locale.
• autocrine : produit chimique qui agit sur la cellule qui les a sécrétés. En d'autres termes, ces cellules s'auto-stimulent. De nombreuses autocrines agissent également comme des paracrines, et vice versa. L'histamine, encore une fois, est un exemple.
• hormone : un messager chimique à longue portée. Ces produits chimiques sont libérés par les glandes endocrines. Les hormones sont sécrétées dans le liquide interstitiel, mais diffusent ensuite dans le sang et se déplacent vers les cellules cibles dans tout le corps. Un exemple est l'insuline qui régule le métabolisme énergétique.
• neurotransmetteur : communique avec les cellules adjacentes. La communication par les neurotransmetteurs est également appelée signalisation synaptique. C'est parce que la communication existe sur une jonction (un endroit où deux cellules entrent en contact très étroit) appelée synapse. La cellule libérant le neurotransmetteur est appelée cellule présynaptique et le neurotransmetteur est concentré dans une terminaison axonale d'une cellule nerveuse présynaptique. Le neurotransmetteur se lie aux récepteurs de la cellule postsynaptique. Un exemple est l'acétylcholine qui est libérée par les motoneurones au niveau de la plaque d'extrémité motrice et déclenche la contraction musculaire.
• neuropeptide et neurohormone : une séquence protéique qui agit comme une hormone ou un neurotransmetteur. Les neurohormones sont une classe spéciale d'hormones qui sont libérées par les neurones modifiés par le même mécanisme que celui impliqué dans la libération des neurotransmetteurs. Un exemple est l'ADH produite par les neurones situés dans l'hypothalamus et libérée au niveau de leurs terminaisons axonales dans l'hypophyse postérieure.
• phéromone : un facteur chimique qui déclenche une réponse sociale chez les membres de la même espèce.

Une synapse sépare les médiateurs chimiques. Le neurotransmetteur est libéré des vésicules synaptiques à la fin du neurone présynaptique, vers la synapse, à travers l'espace synaptique et agit sur les récepteurs cellulaires spécifiques de la cellule cible.

Les messagers chimiques peuvent être classés selon leurs caractéristiques chimiques, notamment leur solubilité dans l'eau et leur structure chimique.

• Solubilité dans l'eau :
  • hydrophobe (lipophile) : les molécules sont liposolubles et peuvent facilement traverser la membrane plasmique.
  • hydrophile (lipophobe) : les molécules hydrosolubles ne traversent pas facilement la membrane plasmique.
• Structure chimique :
  • acides aminés : quatre acides aminés sont des neurotransmetteurs dans le cerveau et la moelle épinière. Ils comprennent le glutamate, l'aspartate, la glycine et l'acide gamma amino butyrique (GABA). Ils sont lipophobes.
  • Amines : les amines sont dérivées d'acides aminés et contiennent un groupe amine (-NH 2). Un groupe important d'entre eux sont les catécholamines qui contiennent un cycle à 6 carbones (catéchol) et sont dérivées de la tyrosine. Ceux-ci comprennent la dopamine, la norépinéphrine et l'épinéphrine. D'autres incluent la sérotonine, un neurotransmetteur dérivé du tryptophane, les hormones thyroïdiennes dérivées de la tyrosine et l'histamine dérivée de l'histidine. Toutes, à l'exception des hormones thyroïdiennes, sont hydrophiles (lipophobes).
  • Peptides : les peptides sont des polypeptides ou des protéines et comprennent de nombreux neurotransmetteurs et hormones et toutes les cytokines. La taille des peptides varie considérablement. Généralement, les peptides composés de moins de 50 acides aminés sont des peptides et ceux qui en contiennent plus sont appelés protéines. Les peptides sont hydrophiles (lipophobes).
  • stéroïdes : les stéroïdes sont dérivés du cholestérol et fonctionnent comme des hormones. Tous sont lipophiles.
  • eicosanoïdes : les eicosanoïdes sont dérivés de l'acide arachidonique (acide gras à 20 atomes de carbone) et comprennent des paracrines produites par presque toutes les cellules du corps. Ils sont lipophiles et comprennent les prostaglandines, les leucotriènes et les thromboxanes.
  • Divers : l'acétylcholine et l'oxyde nitreux (NO) sont deux messagers chimiques importants qui ne rentrent pas dans le schéma de classification ci-dessus. Ils seront discutés dans les prochaines notes.

Une autre classification des médiateurs chimiques dépend des molécules libérées et de la biosynthèse provoquée :

• Acides aminés : les quatre acides aminés qui fonctionnent comme des neurotransmetteurs sont synthétisés dans le neurone qui les sécrète. Le glutamate et l'aspartate sont convertis à partir d'intermédiaires du cycle de l'acide tricarboxylique. La glycine est synthétisée à partir d'un intermédiaire de la voie glycolytique. Le GABA est synthétisé à partir du glutamate. Après la synthèse, les neurotransmetteurs d'acides aminés sont transportés dans des vésicules où ils sont stockés jusqu'à leur libération par exocytose.
• Amines : toutes les amines sont dérivées d'acides aminés et sont toutes, à l'exception des hormones thyroïdiennes, synthétisées dans le cytosol par des réactions catalysées par des enzymes. Toutes les catécholamines sont dérivées de la tyrosine. Premièrement, la dopamine est dérivée de la tyrosine; la norépinéphrine est dérivée de la dopamine; et l'épinéphrine est finalement dérivée de la norépinéphrine. Les amines sont stockées dans des vésicules cytosoliques jusqu'à ce que leur libération soit déclenchée.
• Peptides : les peptides sont synthétisés comme décrit précédemment. Les peptides qui servent d'hormones subissent un traitement supplémentaire comme suit :
  1. Un prépropeptide est synthétisé et libéré dans le RE brut.
  2. Les enzymes protéolytiques du RE rugueux clivent certains acides aminés pour donner des propeptides.
  3. Dans le RE lisse, les propeptides sont emballés dans des vésicules de transport.
  4. Les vésicules sont transportées vers les complexes de Golgi.
  5. Les complexes de Golgi emballent le propeptide dans des vésicules de sécrétion. Soit dans la GA soit dans les vésicules sécrétoires, davantage d'acides aminés sont clivés pour donner le peptide final.
  6. Les peptides sont libérés par exocytose.
• Stéroïdes : les stéroïdes sont synthétisés et libérés selon les besoins par les enzymes du RE lisse et les mitochondries à partir du cholestérol. Tous diffusent facilement à travers les membranes cellulaires en raison de leur caractère lipophile. Les stéroïdes ne peuvent pas être stockés dans des vésicules liées à la membrane et c'est pourquoi ils sont synthétisés au besoin et libérés immédiatement.
• Eicosanoïdes : les eicosanoïdes sont lipophiles et sont synthétisés à partir d'acide arachidonique et libérés à la demande. La première étape de la synthèse des eicosanoïdes implique la libération d'acide arachidonique à partir de phospholipides dans la membrane cellulaire par la phospholipase A2. Les eicosanoïdes sont dérivés de l'acide arachidonique par l'une des deux voies. La voie de la cyclooxygénase aboutit à la synthèse de prostaglandines, de prostacyclines et de thromboxanes. L'aspirine interfère avec la synthèse par cette voie. La lipoxygénase conduit à la synthèse de leucotriènes. Les prostacyclines et les thromboxanes jouent un rôle important dans la coagulation du sang, tandis que les prostaglandines et les leucotriènes contribuent à la réponse inflammatoire.

Transport des médiateurs chimiques

Les médiateurs chimiques peuvent atteindre leurs cellules cibles par simple diffusion (autocrine, paracrine, neurotransmetteur) ou par transport dans le sang (hormone et neurohormone).

Les messagers hydrophiles qui voyagent dans le sang peuvent le faire sous forme dissoute bien que les catécholamines puissent être transportées liées à des protéines porteuses. Les messagers hydrophobes tels que les stéroïdes et les hormones thyroïdiennes sont transportés liés à des protéines porteuses.

Transports des médiateurs chimiques :

Les médiateurs chimiques, en communication intercellulaire, sont soit expulsés par exocytose, soir sécrétés par diffusion au travers d'une membrane hémiperméable.

Les messagers véhiculés par le sang sont dégradés par le foie ou sont sécrétés par les reins. La persistance d'un messager dans le sang se mesure par sa demi-vie. Les messagers dissous ont une demi-vie plus courte que les messagers liés aux protéines porteuses.

Expérience de Loewi

Un médiateur chimique est mis en évidence dans la propagation de l'influx nerveux dans le système nerveux autonome. L'expérience de Loewi sur le coeur de grenouille, ralenti par excitation du nerf vague, a en effet montré que du liquide physiologique baignant ce coeur est alors capable de ralentir les battements d'un second coeur.

Cette expérience a permis de soupçonner que le nerf agissait sur l'effecteur en libérant une substance chimique, dite alors substance vagale, et identifiée depuis comme étant l'acétylcholine, détruite par une enzyme tissulaire, la cholinestérase. On peut réaliser une expérience analogue sur les fibres orthosympathiques cardiaques (qui accélèrent le rythme des battements, la fréquence cardiaque), et mettre en évidence de façon analogue un autre médiateur chimique qui est la sympathine ou noradrénaline. Depuis, cette action des médiateurs chimiques a été étendue aux plaques motrices (contact synaptique entre la fibre nerveuse et le muscle strié); il est probable que des médiateurs chimiques, encore mal connus, soient responsables de la transmission synaptique aux niveaux nerveux.

En rapport avec "médiateur chimique"

• chimiokine

  

  Une chimiokine, ou une cellule cytokine chimioattractante, appartient à une famille de petites cytokines ou de protéines de signalisation sécrétées...

• cytokine

  

  La cytokine est une petite protéine libérée par des cellules humaines en réaction à une infection bactérienne.

• desmoplakine

  

  La desmoplakine est la protéine la plus abondante du desmosome. Elle assure la liaison de la structure desmosomale aux filaments intermédiaires...

• interleukine

  

  L'interleukine (IL) est une molécule de type cytokine produite par les cellules du système immunitaire pour la régulation immune.