Un effet de rétroaction dans les cascades de signalisation intracellulaire

Classiquement, une voie de signalisation consiste en une cascade de réactions enzymatiques élémentaires où, à chaque étape, une protéine est activée par une modification covalente induite par la réaction précédente. De plus, une fois activée, cette protéine peut jouer le rôle d'enzyme pour la réaction suivante. Dans ce contexte, l'exemple le plus connu de modification covalente est le processus de phosphorylation/déphosporylation dans lequel la protéine est généralement activée par l'ajout d'un groupe phosphate et désactivée par son retrait.
Un exemple connu dans ce contexte est celui des cascades de MAPKs (Mitogen Activated Protein Kinases). Partant d'une description complète d'une cascade de cycles élémentaires, décrite en termes de loi d'action des masses, nous avons dérivé une approximation rigoureuse des équations cinétiques de la chaîne dans laquelle chaque cycle est décrit par une seule variable. Le système d'équations que nous obtenons est différent de celui qui est utilisé depuis plusieurs années dans la littérature, lequel est une extension purement phénoménologique du modèle de Goldbeter-Koshland. Notre approche met en évidence certaines nouvelles propriétés qui, bien qu'implicitement contenues dans le modèle complet, étaient absentes dans l'approximation phénoménologique. Une propriété clé qui apparaît dans notre jeu d'équations est l'existence d'une rétroaction exercée par chaque cycle de la chaîne sur son prédécesseur. Cette rétroaction est non seulement à l'origine d'oscillations temporelles amorties prédites par le modèle, mais aussi montre qu'un signal biochimique peut se propager pas seulement en aval dans la chaîne, mais aussi en amont. Cette propriété, qui se retrouve dans le système complet, remet en question l'idée implicite qu'une voie de signalisation est unidirectionnelle.