Les hormones passent par l'espace extracellulaire, jouant le rôle de « signal » ou de « messager » (premier messager = « first messenger ») et parviennent jusqu'à la cellule-cible. Pour les hormones autres que les hormones lipophiles (par ex. les hormones stéroïdes; les hormones thyroïdiennes; et le calcitriol = vitamine D) l'extérieur de la membrane de la cellule-cible possède des récepteurs hormonaux spécifiques à chaque hormone, fixant celle-ci avec une haute affinité. Suite à cette liaison hormone-récepteur (avec quelques exceptions comme par ex. l'insuline), et à certaines réactions entre les protéines cellulaires membranaires (et parfois aussi les phospholipides), il y a libération de seconds messagers à l'intérieur de la cellule. Parmi ceux-ci on distingue l'adénosine monophosphate cyclique et la guanosine monophosphate cyclique (AMPc, GMPc), l'inositol-1.4.5-triphosphate (IP3) et le 1,2diacylglycérol (DAG). Bien que la spécificité de l'action hormone soit liée aux récepteurs de la cellule-cible, beaucoup d'hormones peuvent avoir le même second messager. De plus, la concentration de celui-ci dans la cellule peut être augmentée par une hormone mais diminuée par une autre. Les cellules possèdent souvent différents types de récepteurs pour une même et seule hormone.
L'AMPc comme second messager
Pour qu'une réponse cellulaire faisant intervenir l'AMPc ait lieu, la membrane cellulaire de la cellule-cible doit contenir en plus du récepteur une protéine régulatrice des nucléotides liée à la guanidine ; cette protéine peut être stimulante et/ou inhibante, Gs et Gi. Ces protéines sont composées de trois sous-unités αs (ou ai), β et γ. Au repos, α est lié à la guanosine diphosphate (GDP). Lorsque l'hormone réagit avec le récepteur, le complexe H-R ainsi formé se lie à la GsGDP (ou Gi-GDP). La GDP est alors remplacée par la guanosine triphosphate cytosolique (GTP) et au même instant β-γ et H-R se partagent. Ce mécanisme requiert la présence de Mg2+. L'αs-GTP ou αi-GTP ainsi formée active l'adényl-cyclase intra-membranaire, avec comme conséquence une élévation de l'AMPc tandis que l'αi-GTP (par l'intermédiaire de cofacteurs inconnus, peut-être γ) l'inhibe (chute de l'AMPc).
Les hormones agissant par l'intermédiaire de Gs et entraînant une élévation de l'AMPc sont les suivantes : glucagon, VIP, ocytocine, adénosine (récepteurs A2), sérotonine (réc. S2), sécrétine, PGE2, PGI2, histamine (réc. H2), adiurétine (réc. VP2), LH, FSH. TSH, ACTH, adrénaline (réc. β1 et β2), corticolibérine et somatolibérine.
D'autres hormones ou les mêmes hormones agissent sur un récepteur différent par l'intermédiaire de Gi et diminuent l'AMPc : acétylcholine (réc. M2), somatostatine, opioïde, angiotensine II, adrénaline (réc. α2), adénosine (réc. A1), dopamine (réc. D2), sérotonine (réc. S1a) et d'autres.
La toxine cholérique bloque la GTPase. De ce fait, son action de « rupture » sur l'adényl-cyclase est supprimée et la concentration d'AMPc augmente jusqu'à des valeurs extrêmes. La toxine pertussique (coqueluche) inhibe la protéine Gi, supprimant ainsi ses effets inhibiteurs sur l'adénylcyclase, et provoque par là même une augmentation de l'AMPc intracellulaire.
L'AMPc active les protéines kinases (type A) responsables de la phosphorylation des protéines (enzymes ou protéines membranaires. incluant les récepteurs eux-mêmes). La réponse spécifique de la cellule dépend de la nature de la protéine phosphorylée. Celle-ci est elle-même contrôlée par la protéine kinase présente dans cette même cellulecible.
Une autre sorte de spécificité peut être obtenue par le fait que la phosphorylation active certaines enzymes et en inactive d'autres. Ainsi, l'AMPc a une double action glycolytique : la phosphorylation inactive la glycogénosynthé-tase (qui favorise la formation de glycogène) tandis qu'elle active la phosphorylase (qui catalyse la glycogénolyse).
En règle générale, pour modifier la chaîne d'information, l'α-GTP est transformée par l'action de la GTPase activée en α-GDP, qui éventuellement se réunit avec β-γ pour former le G-GDP. Ultérieurement, l'AMPc est inactivé par une phosphodiestérase en 5'-AMP ; de même les protéines antérieurement phospho-rylées peuvent être déphosphorylées par des phosphatases. L'inhibition de la réaction AMPc → 5'-AMP par la théophylline ou par la caféine entraîne une prolongation de la durée de vie de l'AMPc, et ainsi de l'effet de l'hormone correspondante.
Par l'intermédiaire des Gs, Gi et autres protéines G (Go, Gk) les canaux ioniques et les pompes ioniques (K+ , Ca2+ ) peuvent aussi être régulés sans
l'intervention de l'adényl-cyclase
L'inositol triphosphate (IPa) et le 1.2-diacylgiycérol (DAG) comme second messager
Par suite de la liaison hormone extracellulairerécepteur, et une fois de plus grâce à l'action des protéines G (cf. ci-dessus), dans ce cas Gp et autres, la phosholipase C présente sur la face interne de la membrane cellulaire est activée. Cette enzyme transforme le phosphatidyl inositol-4,5-diphosphate (PiP2) de la membrane cellulaire en IP3 et DAG, qui en tant que seconds messagers,ont différents effets. L'effet du DAG est beaucoup plus durable que celui de l'IP3 par le fait que le Ca2+ libéré par ce dernier (voir cidessous) est immédiatement pompé.
Le DAG lipophile reste dans la membrane cellulaire où il active la protéine kinase C. qui parmi d'autres fonctions, permet la phosphorylation et ainsi l'activation des protéines de transport pour les échanges Na+/H+. II en résulte une augmentation du pH cellulaire, signal important pour bon nombre d'événements cellulaires (par ex. la synthèse d'ADN). L'acide arachidonique qui peut être libéré par le (ou à partir du) DAG exerce par l'intermédiaire de ses métabolites, les prostaglandines et -cyclines, plusieurs autres effets sur le métabolisme cellulaire.
En passant par le cytoplasme, l'IP3 atteint et vide les réserves de Ca2+ de la cellule (ER) si bien que le Ca2+ peut alors, en tant que troisième messager, modifier plusieurs fonctions cellulaires. Le Ca2+ peut se lier à la calmoduline comme un intermédiaire possible de réactions cellulaires.
Les hormones comme l'adrénaline (réc. α1), l'acétylcholine (réc. M1, la sérotonine (réc. S1), la thyréolibérine, la CCK, l'adiurétine (réc. VP1), l'histamine (réc. H1) et le thromboxane agissent par l'intermédiaire de IP3 et DAG.