Modèle de l'oscillation calcique - Base de données de modèles métaboliques : "Biomodels" - EBI
Tweet

Aller à la base de données BioModels Database.

Cliquer sur le lien : "Gene Ontology classification". Choisir la partie verte "Response to stimulus".

Choisir le modèle "Wang2007 - ATP induced intracellular Calcium Oscillation" : BIOMD0000000145

Figure ci-contre : modèle proposé par Wang et al. (2007) - "A quantitative kinetic model for ATP-induced intracellular Ca2+ oscillations" J. Theor. Biol. 245, 510 - 519.

Variables du modèle :

  • [Gα-GTP] : concentration du complexe entre le GTP et la sous-unité Gα activée de la protéine G
  • [APLC] : concentration de la forme active de la PLC
  • [IP3] : concentration de l'IP3
  • [Ca2+]cyt : concentration du calcium dans le cytoplasme
  • [Ca2+]RE : concentration du calcium libre dans le RE

Metabolomique regulation metabolisme metabolomics genome scale metabolic reconstruction biomodels model oscillation calcium GTP RCPG PIP2 biochimej

a. Quel type de signal ce modèle cinétique simule-t-il ?

===> L'oscillation de la concentration calcique induite par l'ATP.

Elle est le fruit de plusieurs phénomènes concomitants :

  • l'activation d'un récepteur activable par l'ATP
  • l'activation de la sous-unité α d'une protéine G ()
  • l'hydrolyse d'un phospholipide de la membrane plasmique, le phosphatidyl 4,5-biphosphate (PIP2) par la phospholipase C (PLC - une enzyme ancrée à la membrane) qui forme 2 messagers secondaires : l'inositol 1,4,5-triphosphate (IP3) et le diacylglycérol (DG).
  • l'activation d'une protéine kinase C (PKC).
  • le relarguage du calcium du réticulum endoplasmique(RE) en équilibre avec le retour du calcium dans ce compartiment via une pompe à calcium ATP-dépendante.
  • un ré-équilibrage avec le calcium du cytoplasme
  • une externalisation du calcium vers le milieu extra-cellulaire

La fonction principale de l'IP3 est la mobilisation du calcium intracellulaire essentiellement stocké dans le réticulum endoplasmique.

Il existe des récepteurs de l'IP3 sur la face cytoplasmique de la membrane du RE.

Ces récepteurs sont des homotétramères qui forment un canal qui laisse sortir le Ca2+ dans le cytosol lorsque chaque monomère fixe une molécule d'IP3.

Le Ca2+ cytosolique se fixe à la calmoduline.

Regulation inositol triphosphate IP3 diacylglycerol DAG Metabolomique regulation metabolisme metabolomics genome scale metabolic reconstruction biomodels model oscillation calcium GTP RCPG PIP2 biochimej

Remarque : dans le schéma ci-dessus, l'hormone joue le rôle de l'ATP dans le modèle théorique de Wang et al.

Le diacylglycérol provoque :

  • l'augmentation du pH cytoplasmique (fuite de H+)
  • l'augmentation du taux de Na+ cytoplasmique
  • la phosphorylation des protéines par l'intermédiaire de l'activation de la protéine kinase C (enzyme membranaire)

La protéine kinase C est activée par la formation d'un complexe quaternaire [protéine kinase C - diacylglycérol - phospholipide - Ca+].

Le phospholipide le plus efficace pour cette activation est la phosphatidyl-sérine.

Après activation, la PKC est transferée du cytoplasme vers la membrane où elle phosphoryle des protéines sur les résidus sérine et thréonine.

Voir cette cascade de signalisation de manière interactive avec renvoi vers des données de séquences et autres : Site BioCarta

Retour haut de page

 

b. Choisir l'onglet "Math" dans la page WEB du modèle BIOMD0000000145.

Faire le lien entre les informations et le modèle de Wang et al.décrit ci-dessus.

Variables du modèle :

  • [Gα-GTP] : concentration du complexe entre le GTP et la sous-unité Gα activée de la protéine G
  • [APLC] : concentration de la forme active de la PLC
  • [IP3] : concentration de l'IP3
  • [Ca2+]cyt : concentration du calcium dans le cytoplasme
  • [Ca2+]RE : concentration du calcium libre dans le RE

Ci-contre : expression de la variation de la concentration du complexe Gα-GTP au cours du temps.

Metabolomique regulation metabolisme metabolomics genome scale metabolic reconstruction biomodels model oscillation calcium GTP RCPG PIP2 biochimej

  • ko : constante qui traduit la formation spontanée du complexe Gα-GTP.
  • k1[Gα-GTP] : formation autocatalytique du complexe Gα-GTP.
  • k2RAPLC[Gα-GTP] : hydrolyse du complexe (en Gα-GDP) par la forme active de la PLC (APLC). Le signe moins indique que ce terme contribue à diminuer la concentration du complexe Gα-GTP.
  • k3RPKC[Gα-GTP] : phosphorylation du complexe par la forme active de la PKC. Le signe moins indique que ce terme contribue à diminuer la concentration du complexe Gα-GTP.

Ci-contre : expression des fractions des formes actives de la PLC et de la PKC.

DG = diacylglycérol

PLC PKC metabolomique regulation metabolisme metabolomics genome scale metabolic reconstruction biomodels model oscillation calcium GTP RCPG PIP2 biochimej

Ci-contre : expression de la variation de la concentration de la forme active de la PLC au cours du temps.

PLC PKC metabolomique regulation metabolisme metabolomics genome scale metabolic reconstruction biomodels model oscillation calcium GTP RCPG PIP2 biochimej

  • k4RGα-GTPRDG[PLC] : terme qui rend compte de l'activation de la PLC par la sous-unité Gα activée de la protéine G (Gα-GTP) et le DG.
  • k5[APLC] : inactivation enzymatique de l'APLC.

La dynamique "tampon" endogène du cytoplasme ("endogenous buffering dynamics in the cytoplasm"), c'est-à-dire la capacité à amortir les variations de concentrations du calcium s'exprime de la manière suivante :

BP + Ca2+ <===> CaBP

où :

  • BP = "buffer protein" (protéines du cytoplasme qui fixent le calcium)
  • CaBP = le calcium "tamponné" (fixé par les protéines)

amortissement variation calcium

Voir l'article pour les expressions des variations de concentation de l'IP3 et du [Ca2+]RE.

Par ailleurs, plusieurs autres constantes sont définies, notamment :

  • k3 : inhibition de la forme active de la PKC
  • k4 et k5 : activation de la PLC
  • k6 : formation de l'IP3
  • k10 et k11 : entrée - sortie lente de calcium (milieu intracellulaire <===> milieu extracellulaire)
  • ρ : le rapport des volumes du cytoplasme vs. le RE
  • β : terme qui rend compte de l'oscillation de la concentration du calcium dans le cytoplasme ([Ca2+]TC)
  • λ : terme qui rend compte de l'oscillation de la concentration du calcium dans le RE ([Ca2+]TE)
  • d[S]/dt est le vecteur des vitesses
  • N est la matrice des coefficients stoechiomètriques
  • v est le vecteur des lois de réactions

PLC PKC metabolomique regulation metabolisme metabolomics genome scale metabolic reconstruction biomodels model oscillation calcium GTP RCPG PIP2 biochimej

Paramètres et valeurs de ces paramètres utilisés dans l'étude de Wang et al..

PLC PKC metabolomique regulation metabolisme metabolomics genome scale metabolic reconstruction biomodels model oscillation calcium GTP RCPG PIP2 biochimej

Un exemple de résultat obtenu par l'étude de Wang et al..

PLC PKC metabolomique regulation metabolisme metabolomics genome scale metabolic reconstruction biomodels model oscillation calcium GTP RCPG PIP2 biochimej

c. Dans le menu déroulant "Actions" de la page WEB du modèle BIOMD0000000145 :

  • Choisir : "View Bitmap Reaction Graph". Faire le lien entre le modèle obtenu et les informations contenues dans l'onglet"Math".
  • Choisir : "View Dynamic Reaction Graph" (Applet java) pour visualiser le réseau d'interactions. Les différentes interactions sont obtenues en cliquant sur les composés du modèle.
  • Choisir : "BioModels Online Simulation" pour visualiser la simulation de la cinétique d'évolution du modèle.

d. Quelle information obtient-on dans l'onglet "Physical entities" ?

 

Valid XHTML 1.0 Transitional         Flux RSS Retour haut de page