Le cycle cellulaire
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Le cycle cellulaire I. Introduction Déf: Le cycle cellulaire est ensemble des transformations qu’une cellule subit entre sa formation et le moment où elle finit de se diviser en 2 cellules filles ayant les mêmes caractéristiques morphologiques et physiologiques que la cellule mère. C’est ce qui permet le maintien du patrimoine génétique. Ce cycle est sous le contrôle de mécanismes participants à la sénescence (= vieillissement cellulaire) et à l’apoptose (= mort cellulaire programmée) Lors d’une dérégulation du cycle les cellules les cellules peuvent échapper à la sénescence et à l’apoptose et se multipliés sans restriction: cas des cellules tumorales. Il existe des substances susceptibles de déclencher le cycle cellulaire, ce sont les facteurs de croissance (EGF(facteur de croissance des TE), NGF (TN), FGF…) Toutes les cellules sont susceptibles de se développer à l’exception des hématies, des neurones, fibres musculaires squelettiques (il y a une régénération par hypertrophie et non par divison cellulaire) Cas extrêmes: cellules intestinales (se divisent 2 fois par jour) et hépatiques (1 à 2 fois par an) Il comprend l’interphase et la mitose II. L’interphase C’est la période comprise entre 2 divisions. Elle correspond à la plus grande partie du cycle. Durant cette phase le noyau ne se divise pas, il est mécaniquement inactif. Il y a 3 phases: - G1 (G= gap= intervalle) - G2 - S= synthèse 1) Phase G1: = Phase de repos de la cellules Dure en moyenne 12h (variable selon les cellules) C’est l’intervalle qui sépare la fin de la mitose et le début de la synthèse de l’ADN. Au début de G1, les cellules viennent de se diviser, donc elles ont un petit volume Le noyau ne se divise plus donc pas de synthèse d’ADN mais il y a de la synthèse: élaboration d’enz, mlc diverses On a une synthèse d’ARNm qui assure la synthèse de prot nécessaires à l’accroissement cellulaire Durant cette phase, la cellule somatique (c-a-d toutes les cellules sauf les gamètes) contient une quantité d’ADN caractéristique de l’espèce qui correspond à 2N chr dans une cellule somatique diploïde (= 2 copies de chaque gène) Par ex dans l’espèce humain: 46 chr = 2 23 chr À la fin de G1, la cellule peut soit: - continuer son cycle et passer en phase S… - sortir de ce cycle et entrer en phase G0 pour se différencier ou mourir… mais sans se diviser. Il existe un point de restriction R: c’est un point de non retour au-delà duquel les cellules entrent obligatoirement dans cette succession de phases. Ce point R se situe à un stade tardif de la phase G1. 2) Synthèse Dure en moyenne 8h Pendant cette phase a lieu la synthèse d’ADN, d’ARNm, d’histones Durant cette phase la cellule double sa quantité d’ADN Le déclenchement de cette phase se fait grâce à des signaux: - les cyclines: A, B, C… … ce sont des prot fabriquées tout le long du cycle - CDK: prot kinase dépendantes des cyclines … c’est l’association cycline CDK qui permet le passage en phase S - GF - nutriments On se retrouve avec un chr constitué de 2 fibres nucléosomiques = 2 chromatides unies au niv du centromère 3) Phase G2 Dure environ 3h Cette phase débute dès que la réplication de l’ADN est achevée, la cellule contient alors le double de sa quantité habituelle en ADN, on parle de cellule tétraploïde Durant cette phase, la cellule se prépare à la mitose (= division) , elle synthétise des prot qui interviennent dans la condensation de la chromatine en chr. Les prot SMC (saccharomyces cerevisiae) interviennent dans la condensation. Il y a également phosphorylation de l’histone H1 II. La mitose Dure environ 1 à 2h Elle s’achève par le formation de 2 cellules filles dans lesquelles l’ADN se distribue également. La mitose concerne les éléments nucléaires (caryodiérèse = division du noyaux) et des éléments cytoplasmiques (cytodiérèse) Les chr se groupent puis se répartissent en nombres égaux . ces chr sont guidés dans leur mouvement par les MT du fuseau : firmament d’un fuseau de division Pendant la mitose, il y a disparition de l’enveloppe nucléaire. Elle réapparaît à la fin pour permettre la reconstitution des 2 noyaux dans chaque cellule fille. 1) Les différentes phases Prophase Dure entre 15 et 30 min Au niv nucléaire - présence de chr formé de 2 chromatides unies au niv du centromère qui se rapprochent de l’enveloppe nucléaire - disparition du nucléole - l’enveloppe nucléaire commence a se fragmenter en petites vésicules Au niv cytoplasmique: - cette prophase est conditionnée par la duplication du centrosome (= centre cellulaire) et les 2 centrosomes commencent à se séparer - Chaque centrosome va donner naissance à des MT astériens. L’ensemble centrosome + MT astériens = constituent l’aster. Il se forme donc 2 asters dans la cellule , qui migrent vers les pôles cellulaires. Entre les 2 asters, les MT s’allongent pour former le fuseau de division. Prométaphase Dure entre 5 et 10min Se caractérise par une rupture complète de l’enveloppe nucléaire: se disperse sous forme de petites vésicules Il y a un attachement des chr aux MT du fuseau grâce à des complexes protéiques: les kinétochores Il y a une migration des chr vers la plaque équatoriale = plaque métaphasique (centre de la cellule) Métaphase Dure entre 20 et 30 min Tous les chr sont alignés au niv de la plaque métaphasique On a un fuseau mitotique complet formé de 3 sortes de MT: - les MT polaires : … ils maintiennent l’intégrité du fuseau - les MT astraux ou astériens: … permettent la mise en place du fuseau … il se disposent autour de chaque centrosome - les MT kinétochoriens: … réunissent les kinétochores et donc les chr au matériel péri-centriolaire NB: Avec ces différents MT, on remarque une ext - et une ext +. Donc quand il y a migration des chr vers les pôles, il y a un raccourcissement donc une dépolymérisation des MT. Anaphase Dure quelques minutes Les chr se répartissent en 2 lots indépendants , chaque lot gagne un pôle cellulaire. Chaque chromatide se transforme en chr indépendant On a un raccourcissement des MT kinétochoriens qui permettent le déplacement de ces chr vers l’ext polaire On a l’apparition d’un sillon de division au niv de la membrane qui commence à la fin de l’anaphase : ce sillon permet la cytodiérèse Télophase Dure 20min Elle commence par l’arrêt de migration des chr , il se forme ainsi une masse compacte hyper chromatique dans chaque pôle car il y a aussi décondensation La reconstruction du noyau commence: reconstruction de enveloppe nucléaire, déspiralisation des chr… C’est une sorte de prophase à l’envers Cytodiérèse Séparation de la cellule en 2 grâce à un sillon de division Commence par l’apparition d’un anneau contractile formé de myosine II et micro filaments d’actine. Ce sillon se contracte et entraîne un mouvement de séparation de 2 cellules filles avec la même quantité d’ADN dans chaque cellule. Il y a répartition des différents organites entre les 2 cellules. 2) Implication du cytosquelette Les MT qui constitue les fuseau mitotique font partis du cytosquelette : contrôle la répartition des chr dans la cellule Les MF et la myosine II: permettent l’apparition et la contraction du sillon cellulaire = cytodiérèse L’instabilité dynamique des MT permet la migration des chr et la formation du fuseau , par ex au cours de la mitose, de l’anaphase, les MT sont + courts: permet la migration des chr vers les pôles. Pendant la métaphase: allongement de ces MT: élargissent la plaque. L’instabilité directionnelle des kinétochores par éjection polaire sont à l’origine de la position centrale des chr en métaphase Ces kinétochores sont doués de mouvement, on parle de moteurs moléculaires, formés de plusieurs prot: ces kiné quand ils se rapprochent du centre cellulaire, ils entrent dans une région où il y a des prot en mouvement et qui vont éjecter ce kinétochore, ceci permettant la formation de la plaque métaphasique. C-a-d que les 2 forces répulsives s’équilibrent 3) Agents antimitotiques Ce sont des facteurs qui interfèrent dans la régulation de la mitose. Ça peut être des substances ou des radiations capables de modifier ou d’inhiber la mitose. Une augmentation de la température de quelques degrés (dans des valeurs physiologiques: 25-45°) peut accélérer le rythme de mitose alors que l’absence de lumière la ralentit. Les lésions de l’ADN peuvent interrompre le cycle dans une cellule normale pour éviter la propagation d’une info altérée Utilisation de certains poisons: poisons fusoriaux comme la colchicine NB: la colchicine est utilisé pour bloquer une mitose en métaphase: la cellule ne peut plus se diviser Lésions au niv des chr Radiothérapie et chimiothérapie: ce sont des agents anti-mitotiques par les rayons et substances chimiques dont le but est d’interrompre le cycle cellulaire et lutter contre les proliférations malignes, anarchiques des cellules tumorales. NB: des recherches sont menées sur des gènes codant pour des prot qui inhiberait certaines étapes du cycle et empêcherait la formation des métastases IV. Les chromosomes 1) Critères morphologiques On travaille essentiellement sur des chr métaphasiques car ça correspond à leur condensation maxi. On les classe selon: Taille : Entre 3 à 10 m Grands, moyens , petits, très petits Dans un caryotype ils sont classés du + grand au + petit sauf les gonosomes (X: moiyen:; Y: très petits) Indice centromérique Définit par la position du centromère, on a : - un bras p: court - un bras q:long L’indice centromérique correspond à: p/q+p Ceci permet de définir: Chr métacentrique: … centromère médian … bras de longueurs égales … indice centromérique= ½ Chr submétacentrique … centrosome submédian … le bras p est légèrement + court que le q Chr télocentrique … possède un centromère distal qui se confond même avec le télomère donc on a pratiquement pas de bras court … donc l’indice = 0 Chr acrocentrique … possède un bras court p et un bras long q … IC différent selon les chr Présence ou pas de satellites Les satellites sont des constrictions 2ères (alors que le centromère est une constriction 1ère) en général en position sub-terminale. Ce sont des éléments arrondis qui sont reliés aux bras chromosomiques par un filament de chromatide très fin. 2) Télomère, centromère et kinétochore Télomère C’est la partie terminale des bras des chr. Ils sont indispensables pour maintenir l’intégrité du chr ( du matériel génétique) pdt le cycle. Ces télomères sont constitués par la répétition d’un motif de 6 paires de bases: 5’ TTAGGG 3’ 3’ AATCCC 5’ Rôle: - protection: protège les ext des chr contre les nucléases (enz dégradant les AN) - participe à la constitution du noyau, car les chr grâce aux télomères s’attachent à enveloppe nucléaire et permet sa constitution - dans la transcription en renfermant des facteurs de transcription = ADN à la partie terminale des chr Centromère Région resserrée du chr que l’on voit en mitose Rôle: - maintenir les 2 chromatides sœurs - c’est le site de l’ADN où se constituent les kinétochores en prophase - c’est le site qui permet l’assemblage (et la séparation) des MT et du rassemblement des chr pendant la métaphase -permet la séparation des chromatides pendant l’anaphase = région du chr= ADN Kinétochore C’est un complexe multi-protéique qu’on retrouve en mitose Ils se forment au niv des centromères Ils servent de liens entre les MT du fuseau et les chr Ils interviennent dans l’enroulement de l’ADN Fixation des MT du fuseau, ce qui permet le déplacement des chr liés au MT kinétochoriens = protéine 3) Le caryotype Établir le caryotype d’un indiv consiste à définir le nbr de chr 2N (nombre diploïde d’une espèce) Dans l’espèce humaine: 46chr = 2 23 avec: … 44 chr autosomes : de 1 à 22 dans le caryotype … une paire de gonosomes (X; Y ou X; X) NB: le chr 1 est le + long Dans une cellule somatique, ça correspond à l’équipement chromosomique d’une cellule. Le caryotype se fait en métaphase. Réalisation: Dans l’espèce humaine: Mise en culture de cellules: lymphocytes (grosse cellule) ou de cellules fœtales Stimulation des mitoses grâce à des facteurs de croissances… Blocage de la mitose en métaphase en utilisant par ex la colchicine Étalement des chr Coloration, photographie et classement Indication du caryotype: Utilisé dans le cas de certaines grossesses où il existe un risque pour que le fœtus présente des anomalies chromosomiques. Dans ce cas , le caryotype est réalisé sur des cellules fœtales en prélevant du liquide amniotique= amniocentèse. Quand l’âge maternel est élevé amniocentèse Le patient a un retard mental Fauche couche à répétition Antécédents familiaux Malformation congénitale Difficulté à déterminer le sexe Enfant mort-né… NB: les gamètes sont des cellules aploïdes contrairement au cellules somatiques diploïdes On peut détecter des altérations des chr en faisant un caryotype: - cassure des chr ou absence - délétion - échange de fragments entre les chr = translocation, insertion (notamment dans les leucémies) - duplication: chr retrouvé en plusieurs copies Ces différentes altérations peuvent affecter profondément le phénotype physique et psychique des ind concernés. Importance du caryotype … Dans certaines grossesses à risque après amniocentèse pour mettre en évidence certains syndromes: Trisomie 21= syndrome de Down C’est l’une des maladies génétiques la plus commune avec 1 sur 800 naissances. C’est la + viable des trisomies. C’est la 1ère maladie pour laquelle a été mise en évidence la relation entre génotype et phénotype La trisomie 21 est due à une copie supplémentaire du chr 21. Cela est du à la non disjonction d’une paire du chr 21 lors de la méiose ceci donnant naissance à un gamète contenant 2 copies du chr 21 au lieu d’une. Trisomie 18: syndrome d’Edward … 1 naissance sur 10500 … entraîne une mort précoce du bébé avec des anomalies au niv du cœur et du squelette. En général l’enfant ne dépasse pas les 5 ans Car sur le chr il y a des g’nes important pour le métabolisme cardiaque… Trisomie 13: syndrome de Patau …1 naissance sur 24800: la + rare … mort très précoces : quelques h à quelques semaines car nombreuses pathos associées Autres syndromes touchant le gonosome …XXY : klinefelter: - 1 naissance sur 1200 - phénotype masculin avec certaines anomalies: l’homme est stérile par asospermie - faible dosage en testostérone - croissance mammaire … XXX -femme de grande taille - une naissance sur 1000 -pas de risque sur le plan médical … XYY: Jacob - souvent inaperçu -1 homme sur 850 … XO: turner - femme avec un seul X au lieu de 2 - monosomie - 1 femme sur 2 500 - problème dans les maladies génétiques: hémophilie= maladie récessive avec le X (qui normalement n’apparaissent que chez l’homme) V. La méiose C’est une forme de division, c’est aussi un mécanisme de régulation préalable à la fécondation, par lequel les cellules germinales souches( diploïdes) donnent naissance à des cellules sexuelles haploïdes: les gamètes. Ce mode de division (méosis ou réduction) intervient exclusivement dans la formation des gamètes: c’est la gamétogenèse (ovogenèse ou spermatogenèse). On a 2 divisions: - la 1ère: division réductionnelle - la 2ème : division équationnelle 1) Division réductionnelle (ou méiose I) Cette division est très lente (de qques jours à qques années). Elle est caractérisée par 2 grands évènements: … appariement des chr homologues (1 d’origine mat et l’autre d’origine pat):donc on a 2 23 … répartition aléatoire de ces chr homologues Cette division entraîne une réduction par moitié du nombre de chr et donc de la quantité d’ADN. Cette division est la partie la plus longue de la méiose 90% de la méiose C’est méiose comprend: - la prophase - la métaphase - l’anaphase - la télophase A) Prophase I (5stades): C’est la phase primordiale de la méiose. C’est la partie la plus longue de la méiose er de la méiose I. Durant cette prophase I, les chr se condensent et s’unissent ensuite 2 par 2 formant des bivalents (= paires de chr homologues). Pendant cette phase se produit un phénomène important : crossing over (ou enjambement). Ce sont des échanges réciproques de fragments de chr. Quand on a la formation de bivalents , on a la réalisation de crossing over. Le crossing over se produit grâce à des enz très rigoureuses qui ne permettent que des échanges entre régions homologues. Brassages génétiques : Donc il existe 2 types de brassage génétique Répartition au hasard des chr homologues Crossing over entre chr homologues. En général on a 3CO par bivalents. Dans l’espèce humaine il existe 2^23 combinaisons possibles car les chr se séparent de façon aléatoire. Cette prophase I comprend 5 stades: Leptotène Ce stade correspond à l’individualisation des chr qui sont très longs et très fins, attachés à la lamina. Zygotène Il correspond à l’appariement progressif des chr homologues, c’est-ce qu’on appelle le synapsis. Cette appariement est matérialisé par un complexe protéique : le synapton ou le complexe synaptonémal. Pachytène Les chr sont appareillés sur toutes leur longueur, ils raccourcissent: ils deviennent + courts, + épais, +denses. C’est au court de ce stade que se réalise le brassage intra-chromosomique: enjambement d’une chromatide sur l’ autre au niv des chiasmas Ceci donne un aspect de tétrade avec 2 paires de chr et chaque chr et composé de 2 chromatides. Diplotène C’est la séparation des chr des chr homologues= désynapsis. On a un détachement des chr de l’enveloppe nucléaire. Les chr ont atteints leur condensation maximale. Diacénèse On a une configuration en losanges. On a une telle configuration car on a un attachement entre les chr homologues au niv des chiasmas et des chromatides sœurs au niv des centromères. À la fin de la prophase on a une disparition de l’enveloppe nucléaire , des nucléoles et une condensation maximale pour les chrs. B) Métaphase I Elle est caractérisée par la présence d’un fuseau de division. Les centromères de chaque bivalent se placent de part et d’autre et non dans le plan équatorial. Les kinétochores pointent dans la même direction , et il va y avoir séparation de ces chr homologues de façon aléatoire. C’est donc le 2° degré de diversification des cellules filles car la séparation se fait de façon aléatoire. C) Anaphase I Il y a séparation des chr homologues à l’origine du brassage inter-chromosomique des caractères parentaux. Les chr d’origne pat et mat se séparent au hasard et sont orientés vers les 2 pôles de la cellule. D) Télophase I À chaque pôle sont groupé n chr (23 dans l’espace humaine) constitué chacun de 2 chromatides. Comme chaque télophase,on va avoir reconstruction du noyau, de l’enveloppe nucléaire et disparition du fuseau. E) Cytodiérèse F) Interphase 2) Division équationnelle Elle est identique à une mitose. Elle est très rapide (1h). Les 2 cellules haploïdes issues de la méiose I (ou division réductionnelle) constituaient de n chr avec 2n chromatides donnent naissances à 4cellules toujours haploïdes: n chr et n chromatide. Ces cellules haploïdes sont différentes dues aux différents brassage. A) Prophase II - brève -enveloppe nucléaire disparaît en même temps que le nouveau fuseau se forme. B) Métaphase II: - chr se place sur le plan équatorial C) Anaphase - allongement de la cellule - rupture des kinétochores -séparation des chromatides sœurs de façon aléatoire, entraînant encore la diversité D) télophase et cytodiérèse - formation de 4 cellules haploïdes à chr et n chromatides, toutes différentes. NB: dans une cellules somatiques, toutes nos cellules sont identiques donc la méiose est différente de la méiose décrite précédemment On peut dire que la méiose et la fécondation sont 2 phénomènes compensatoires assurant la constance du nombre diploïde des chr caractéristiques de l’espèce. Différence entre mitose et méiose : -mitose : concerne les cellules somatiques: 1 division par cycle Les cellules filles sont identiques - méiose concerne les cellules sexuelles : 2 divisions par cycles Les cellules filles sont différentes. Elle est responsable de recombinaison génétique Les cellules contiennent moitié moins d’ADN (de chr) que la cellule mère. VI. Contrôle du cycle cellulaire Le cycle cellulaire permet la transmission d’une info génétique à l’identique. Au niv du cycle, il existe un ensemble de mécanismes qui permettent: La progression dans le cycle: passage d’une phase à l’autre La vérification d’un certain nombre de points clés permettant l’intégrité de l’info transmise À la fin de chaque phase du cycle, la cellule peut suivre sa progression ou s’arrêter soit pour réparation , soit pour entraîner l’apoptose de la cellule. 1) Points de contrôle A) points de restriction R Ce point est situé dans la phase G1 du cycle (en fin de G1). Ce point de restriction est dépendant de facteurs de croissance. Donc en présence de ces facteurs, ce point peut être franchit et les cellules accomplissent une phase S et le reste du cycle. En abs de facteurs de croissance, le point R n’est pas franchit et la cellule entre en G0. Du point de vue moléculaire, les facteurs de croissance stimulent la synthèse d’une prot: la cycline D. Quand la cycline D se trouve en concentration assez importante, elle se fixe à la cdk4. C’est ce complexe qui va permettre de passer le point R. B) Autres points de contrôle: On a un point pour chaque phase du cycle. Chacun de ces points peut interrompre le cycle cellulaire (en cas d’anomalies). Comme pour le point R, il existe des signaux, des complexes cd qui agissent au niv de ces points. En G1: le point de contrôle détecte toute altération de l’ADN (sous le contrôle du complexe cdk2/cycline E) En S: ce point contrôle la transition de S-G2. Il est sous le contrôle du complexe cdk1/ cycline A Évalue la réplication ou non réplication de l’ADN. En G2: complexe cdk1 ou 2/ cycline B (MPF) Contrôle la transition G2-M et il contrôle les lésions de l’ADN, vérifie l’existence d’altérations, dans ce cas il y a arrêt du cycle soit un arrêt transitoire pour permettre une réparation ou un arrêt définitif si les lésions sont trop importantes. Ce point est aussi sous le contrôle de la prot P53. En M: contrôle la transition Métaphase -anaphase: lié à la réalisation de la plaque équatoriale. Détection d’anomalies de l’ADN. Ces différents points de contrôle sont liés à l’état de l’ADN. 2) Acteurs de contrôle Ce sont des complexes protéiques formés de 2 sous-unités de protéines: - La prot cdk (kinase dépendante de la cycline) - la cycline Il y a d’autres acteurs cki (cdk inibithor) A) Kinases dépendantes de la cycline: cdk Ce sont des sous-unités catalytiques: fonction catalytique: phosphorylation Ils sont activés par la cycline : elles sont obligées de se lier à la cycline pour être actives mais elles sont aussi activés par phosphorylation grâce à une CAK. Donc la cdk est activée quand elle est liée à la cycline et est activée par la CAK qui la phosphoryle au niv de certains AA. Elle est aussi activée par une autre enz: la phosphatase qui déphosphorile (mais sur des AA différents). Une fois active par ces 3éléemnts, elle exerce son activité: elle phosphoryle d’autres prot qui interviennent dans le cycle cellulaire. NB: quand on parle de phosphorylation des prot, en général la phospho des prot se fait sur la sérine et la thréonine. Chez l’homme, il y a au moins 7cdk. Leur concentration est constante dans le cycle. Donc ces cdk sont toujours présentes dans la cellule mais elles sont activées ou non. B) Cyclines Leur rôle principal est d’activer les cdk en s’associant avec elles, se sont des sous-unités régulatrices. Leur concentration est variable au cours du cycle. On parle donc d’activité et d’expression cyclique Ces prot sont synthétisées et détruites (contrairement aux cdk): on ne les trouvent pas de façon constante. Une 10ène de cyclines ont été identifiées. Ces différentes cyclines possèdent une région qui les caractérisent: la cycline BOX Elle a une région boite de dégradation : cette boite est reconnue par une prot, la DBRP (prot de reconnaissance de la boite de dégradation). Cette prot se fixe sur cette boite et attire des mlc d’ ubiquitines (interviennent dans la plupart des dégradations des prot = signal de dégradation). C’est ce qu’on appelle l’ubiquitination. Ceci attire un grand complexe de dégradation= le protéasome: formé de protéases (enz de dégradation) Ceci formé l’UPS: (ubiquitin proteasom système) - l’ubiquitine: étiquette les prot à détruire - dégradation par le protéasome Il existe une inhibiteur du protéasome : le BORTEZOMIB Il empêche la dégradation de la cycline, il y a alors arrêt du cycle. Il est utilisé dans le traitement des myélomes: empêche la dégradation des cyclines et des CKI Cdk et cycline forment des complexes: Cdk4- cycline D (point R) Cdk2- cycline E (permet le passage: G1-S) = SPF Cdk1 -cyclne A (S-G2) Cdk 1 ou 2 -cycline B ( G2-M) = MPF La découverte de ces différents acteurs a été récompensé par le prix nobel de médecine en 2001. C) Le MPF ( mitosis promoting factor) C’est le facteur promoteur de la phase M Le MPF existe dans le cytoplasme en début de mitose et il est capable de phosphoriler de nombreux substrats pour les rendre actifs: - histone H1 - lamines - MAP … Son activité présente un pic à chaque mitose puis disparaît en interphase. La dégradation de la cycline est indispensable à l’achèvement de la mitose NB: apprendre le schéma Le MPF régule par phosphorylation les DBRP de sa propre boite de dégradation, provoquant ainsi une ubiquitination et une dégradation par le protéasome. En général cette dégradation a lieu en fin de la métaphase. inhibitors) D) Protéines inhibitrices (CkI) = protéines inhibitors (cdk Rôle: inhibé les cdk donc arrête le cycle: effet anti-prolifératif Donc dans certains cancers, on a des ckI inactives donc le borrominien va empêcher la dégradation de ces CkI. Il y a 3 familles de prot: - P21 inhibe le complexe en formant une liaison avec cycline /cdk) Dans cette famille on a la P21, P27... Ces prot ont la particularité de se fixer sur le complexe cycline-cdk La P21 est considérée comme un inhibiteur universel, se fixe sur différents complexes cycline cdk : ex cdk 4-cycline D, cdk2-cycline E… La p21 est sous le contrôle de la P53. - P16: liaison avec cdk et a un effet compétiteur de la cycline Dans cette famille on a de nombreuses prot: p16, p18... Toutes ces prot oint la particularité de se lier au cdk: elles entrent donc en compétition avec la cycline. La P16 se lie uniquement à la cdk6 et à la cdk4, cela de façon compétitive avec la cyclineD . Elle provoque l’arrêt du cycle au niv de la phase G1. - P53: rétrocontrôle :inhibition de façon indirecte (contrôle à posteriori) en inhibant de façon indirecte les complexes cycline/cdk De façon indirecte car la P53 est une phosphoprotéine nucléaire, c’est également un facteur de transcription. Dans une cellule normale, la P53 est sous forme inactive et est à un taux faible. Dans certaines conditions, notamment dans le cas d’un stress (agression cellulaire, radiation…), la P53 est activée et elle s’accumule dans le noyau, elle active la transcription de certains gènes notamment le gène de la P21, il y aura alors arrête du cycle en phase G1. Si les lésions sont importantes il y a apoptose, sinon on répare. La P53 est un promoteur d’apoptose, elle active également d’autres prot apoptotique notamment la prot Bax Quand la p53 est altérée: transmission d’une info erronée, prolifération de cellules métastatiques… Quand l’ADN est endommagé, le point de contrôle le mieux connu arrête le cycle en phase G1. Ceci entraîne l’accumulation et l’activation de la P53, qui entraîne l’activation de la P21. La P21 se fixe sur les complexes cycline-cdk, il y a ensuite arrêt du cycle en phase G1 et ensuite apoptose. L’étude de nombreuses tumeurs a montré que dans 50% des cas, le gène de la P53 était muté. Ceci entraînant 0 production de la P21. Le gène de la P16 est altéré dans 60% des cellules provenant de mélanomes malins, de leucémie et dans 80% de cellules provenant de gliomes. Sachant que la P21 inhibe le SPF (composé d’une cycline + cdk) Et que : SPF permet la transcription et donc de la prolifération cellulaire de la façon suivante: permet le passage Rb lié à E2F à une prot Rb phosphorilée et E2F libre ceci permettant la transcrition Spf phosphorile la prot Rb. - E2F permet la transcription, dans une cellule au repos il est lié à une prot Rb. Donc:la lésion de l’ADN active la P53, qui active la P21. La P21 inhibe la SPF qui diminue la transcription et donc entraîne l ‘apoptose Protéine Rb La prot rb est une prot régulatrice de l’entrée en phase S. Elle a été découverte dans un cancer de la rétine: au niv de cette tumeur la prot Rb est défectueuse. Le gène de la prot Rb est un gène suppresseur de tumeurs. On a alors découvert l’équivalent de cette prot dans toutes les cellules et on l’a appelée Rb. Au repos, la prit Rb est lié à E2F. Lors du passage G1-S, la prot Rb est phosphorilé par le complexe cycline-cdk. Du coup le facteur E2F est libéré ceci permettant la transcription de nombreux gènes intervenant dans la prolifération. VII. Cycle cellulaire et vieillissement Le vieillissement normal des cellules est appelé sénescence répliucative, c’est le vieillissement pas lequel les cellules cessent de se diviser après un nombre définit de divisions. Il a été montré que les cellules ne peuvent exécuter qu’un nombre limité de cycles qui est définit selon l’espèce, le type cellulaire et l‘âge … Ce vieillissement est sous le contrôle de mécanismes intrinsèques. Après un certain nombre de cycles, les cellules restent viables mais ne se divisent plus, elles cessent de répliquer leur ADN. Il y a des modifications morphologiques. Par ex: augmentation de la taille de la cellule, du noyau. Il y a des modifications d’expressions géniques, par ex: activation de la P53, de la P16 et de la P21. Donc le cycle est arrêté en phase G1. Il y a un raccourcissement des télomères avec l’âge : en moyenne on a un raccourcissement de 100pb par an. Il y a des mlc qui reconnaissent ces télomères raccourcis et qui entraînent l’activation de la P53 et de la P16, p21 et qui permettent l’apoptose. À l’inverse il existe une enz qui lutte contre le raccourcissement des télomères en le compensant. c’est la télomèrase, elle se fixe sur les extrémités des chr et synthétise de l’ADN. Cette télomérase est très active pendant l’embryogenèse, chez l’adulte elle persiste dans les cellules souches adultes( cellules hématopoïétiques) , dans les cellules intestinales, dans les cellules de l’épiderme et dans les cellules germinales… Dans le reste des cellules cette télomérase va disparaître avec l’âge. Des expériences ont été faites pour réactiver cette télomérase, ceci en introduisant dans les cellules un gène codant pour la télomérase, ceci permettant de retarder le vieillissement de ces cellules. La télomérase est très active dans de nombreux cancers (90% des cancers) , donc son inhibition est une voie prometteuse pour le traitement des cancers. VII. Cycle cellulaire et apoptose L’apoptose est la mort cellulaire programmée. C’est un processus normal de mort cellulaire qui s’oppose à la nécrose. La nécrose : - est due à une agression extérieure - elle se traduit par une rupture des membranes cellulaires - libération de fragments d’organites, d’AN, de prot… tous ces différents débris entraînent dans un tissu une réaction inflammatoire. Ce mécanisme met en jeu un système immunitaire et une phagocytose. Apoptose -modifications morphologiques: … la cellule devient plus petite … les organites restent intacts … la chromatine se condense dans ce ça son parle de noyau pycnotique … l’ADN se fragmente … la cellule peut se fragmenter,on a des protubérances membranaires qui apparaissent avec formation de corps apoptotiques. Ces corps apoptotiques sont reconnus par les cellules phagocytaires. Il y a une phagocytose qui se produit mais sans réaction inflammatoire. - elle est sous le contrôle de la P53. Cette P53 active de nombreuses protéases intra-cellulaire apoptotiques, par ex: les caspases Les caspases: se sont des enz retrouvés dans le cytosol, dans l’espace inter membranaires mitochondriales, quand elles sont activées, elles clivent des mlc nécessaires à la vie cellulaires : les lamines… Ces caspases sont aussi utilisées pour traiter certains cancers NB: la P53 activent aussi les prot Bax. Différentes phases de l’apoptose: - la cellule reçoit des signaux de mort Par ex: lésion d’ADN, accumulation de prot mal formées, dégradation des télomères… Après réception de ces signaux: - modifications de la membrane cellulaire avec apparition du phosphatidyl-sérine au niv de la couche externe - condensation de la chromatine - désassemblage de la lamina (ensemble de lamines) par protéolyse grâce aux caspases - corps apoptotiques Ces différents corps apoptotiques ont des marqueurs à leur surface qui sont reconnus par des récepteurs situés sur la cellule - puis il y a phagocytose sans réaction inflammatoire Rq: papyomavirus: ce virus produit un inhibiteur de la P53, on a donc apparition de cancers. Le VIH entraînent l’apoptose des cellules Tcd4 et des lymphocytes T cytotoxiques. IX. Cycle cellulaire et cancer La télomérase dans les cancers est réactivée dans 90% des cas. Quand on inactive la télomérase, les cellules morales perdent leur immortalité. Donc les inhibiteurs de cette télomérase sont des traitements de cancers. Il y a un lien entre les télomères et la P53. L’absence ou l’inactivation de cette télomèrase produit des télomères raccourcis qui activent la p53: c’est la barrière p53-télomérique qui entraîne l’apoptose Quand il y a mutation de la P53, la cellule échappe à cette barrière, il y a donc prolifération. La télomèrase active le cycle cellulaire , donc le gène qui code pour cette télomérase est appelé proto-oncogène. Quand ce proto-oncogène est muté et il devient inactif. Il y a des gènes comme la cycline, les cdk qui favorisent la prolifération et qui sont des proto-oncogènes Les cancers sont des produits de mutations qui libèrent les cellules des contrôles de prolifération cellulaire. Les cellules se divisent ou se multiplient de façon inadaptée aux besoins de l’organisme. Lors de cancers: il y a 2 types de mutations: - des gènes promouvants la division cellulaire = proto-oncogènes - des gènes suppresseurs de tumeurs = anti-oncogènes La mutation du proto-oncogène qui est un gène dominant, ce gène après sa mutation devient actif, sur exprimé et porte le nom de oncogènes. On a une prolifération + importante. Quand ils sont mutés, ils prolifèrent en permanence Mutation du gène suppresseur de tumeur C’est un gène récessif. Il y a une prolifération sans restriction Ex: gène du rétinoblastome (Rb): Gène porté par le chr 13, l’inactivation des 2 copies de ce gène est nécessaire pour lever l’inactivation du cycle. Caractéristiques des cellules cancéreuses: - immortelles en culture - ne nécessitent pas de facteurs de croissance, car elles fabriquent leur propre facteur de croissance - n’entrent pas en G0, malgré lésion d’ADN - surface modifiée - produisent une collagénose: enz qui dégradent le collagène du tissu conjonctif - échappent à l’apoptose Il y a 2 types de tumeurs: - bénignes: … localisées … prolifération anormale de cellules normales Par ex: névus - malignes: … prolifération anormale de cellules anormales … c’est un foyer de cellules mutantes, cancéreuses qui envahissent les tissus voisins. … ces cellules se multiplient à distance du foyer initial: créé des métastases. Il y a différents types de cancers: - carcinomes: … 90% des cancers chez l’homme … se développe à partir de cellules épithéliales : peau, muqueuse… - sarcome: … tumeur solide qui se développe à partir de TC, touche surtout les membres … 2% des cancers - leucémies et lymphomes: touchent les cellules sanguines
