DODIER Orianne BMCP Pr GASTALDI 14 pages Le cycle

BMCP – Le cycle cellulaire
23/02/16
COLLINEAU Bérénice L2
CR : DODIER Orianne
BMCP
Pr GASTALDI
14 pages
Le cycle cellulaire
Deuxième semestre :
–20 h de cours magistraux
–6 h de TP/ED : présence obligatoire
–3 ECTS 5 Système Européen de Transfert et Cumul des crédits)
Contrôle des connaissances :
–Examen de fin d'année : QR courtes (problème transversal), 30 minutes, noté sur 14;
–Note ED sur 6
ENT :
–plan et schémas du cours
–Problèmes résolus (annales, épreuves de 45 minutes)
La deuxième sous partie du chapitre C sera traitée dans le prochain cours. Le plan et les schémas seront mis
sur l'ENT.
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Plan
A. Caractéristiques du cycle cellulaire et rappels des 4 phases et G0
I. Généralités
II. Contrôle du cycle cellulaire
III. Rappel : les 4 phases du cycle cellulaire
B. Les points majeurs du contrôle du cycle
I. Le point de restriction en G1
II. Les points de transition en G1/M et en G2/S
III. Mise en évidence expérimentale
IV. Méthode d'étude du cycle
C. Le système de contrôle du cycle
I. Les partenaires moléculaire
II. Les mécanismes moléculaires

BMCP – Le cycle cellulaire
A. Caractéristiques du cycle cellulaire et rappels des 4 phases et G0
I. Généralités
En 1858, Rudolf Virchow a établi la doctrine cellulaire à savoir qu'une cellule devait toujours provenir
d’une cellule plus ancienne.
Le cycle cellulaire correspond à une séquence ordonnée d’événements cellulaires au cours
desquels la cellule duplique son contenu puis se divise en deux. Ceci est valable pour toutes les cellules
eucaryotes et procaryotes.
–Chez les êtres unicellulaires, cela aboutit à l’apparition d’un nouvel organisme.
–Chez les êtres pluricellulaires, cela permet le maintien de l’intégrité de l’organisme et donc la survie de
l’espèce.
Chaque cellule doit se diviser en 2 cellules filles. L’information génétique doit être répliquée à
l’identique. Chez l’eucaryote, ce processus est hautement régulé par des protéines régulatrices : c’est le système
de contrôle du cycle cellulaire, qui gouverne l’avancée dans le cycle.
Ce processus est très important pour la morphogenèse (mise en place du développement),
renouvellement tissulaire, régule le nombre de cellules, la croissance, la réparation tissulaire …
Cycle cellulaire et transition vers d'autres états de la vie de la cellule :
Le cycle cellulaire permet la transition vers d’autres états de la vie de la cellule. Celle-ci peut :
–entrer en état de quiescence puis reprendre le cycle cellulaire,
–se différencier puis reprendre le cycle cellulaire,
–sortir du cycle cellulaire pour rentrer en sénescence,
–sortir du cycle pour entrer en apoptose (mort cellulaire).
II. Contrôle du cycle cellulaire
Le cycle cellulaire subit une régulation séquentielle :
–par l’environnement (vu dans un autre cours) c'est à dire qu'il y a une régulation extracellulaire du cycle
grâce à des signaux prolifératifs (stimulateurs) ou anti-prolifératifs (inhibiteurs) ;
–par un système de contrôle à différents niveaux du cycle. Par exemple le signal STOP du cycle en cas
d’anomalie, permet d'éviter la prolifération anarchique des cellules dans le phénomène de cancérisation.
Prix Nobel de Médecine pour la démonstration de la régulation du cycle cellulaire partagé par :
–Leland Hartwell (USA en 1939) est récompensé pour la découverte d'une catégorie de gènes qui
commandent le cycle cellulaire. L'un de ces gènes joue un rôle pivot dans le démarrage de chaque
nouveau cycle, d'où son nom « gène start ». Hartwell introduit également la notion de « points de
contrôle » (checkpoints), conduisant à une approche novatrice du cycle cellulaire.
–Paul Nurse (Londres, 1949) a montré par des méthodes de biologie moléculaire l'un des facteurs clés de
la régulation du cycle cellulaire, les kinases cyclines dépendantes (CDK). Il a montré que la fonction
des CDK est conservée tout au long de l'évolution. Les CDK activent le cycle cellulaire via des
réactions de phosphorylation avec d'autres protéines.
–Tim Hunt (Londres 1943) est récompensé pour la découverte des cyclines, les protéines qui régulent
l'action des CDK. Il a mis en évidence leur dégradation au moment de la division cellulaire,
mécanisme qui s'est avéré essentiel pour la régulation du cycle cellulaire.
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III. Rappel : les 4 phases du cycle cellulaire
En phase G1 :
–La quantité d’ADN est fixe.
–La transcription et la traduction sont importantes.
–Elle est obligatoire mais de durée variable selon le type cellulaire (la durée de G1est caractéristique du
type cellulaire).
–Elle peut conduire en phase G0 qui est une phase de quiescence où les cellules sortent transitoirement
du cycle.
En Phase S :
–La réplication de l’ADN s’effectue, sa quantité est doublée.
–La transcription et la traduction des protéines sont maintenues.
–Il n’y a pas que la quantité d’ADN qui double mais également la quantité de protéines, d’ARN, de
lipides, de glucides et aussi des protéines de la chromatine.
En phase G2 :
–La quantité d’ADN reste fixe.
–Il existe une certaine transcription et traduction.
En phase M :
–Il s'agit de la phase de la division cellulaire.
–La durée est courte.
–La traduction des protéines est faible.
B. Les points majeurs du contrôle du cycle cellulaire
I. Le point de restriction R en G1
C’est un point d’activation du cycle cellulaire à partir duquel la poursuite du cycle devient irréversible.
Il y a une notion d’enchaînement chronologique et une importance des facteurs de croissance : il se situe entre
G1 précoce et G1 tardive et son passage nécessite la présence de facteurs de croissance.
–S'il y a présence de facteurs de croissance dans le milieu la cellule passe de G1 précoce vers G1 tardif
puis va continuer vers la phase S que les facteurs de croissance soient présents ou non.
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–S'il sont absents, la cellule reste en G1 précoce voire en G0 jusqu’à l’arrivée de facteurs de croissance
pour passer ce point de restriction.
II. Les points de transition en G1/S et en G2/M
Les deuxième et troisième points de contrôle sont les points de transition situés :
–entre la phase G1 et la phase S, le deuxième point de contrôle permet l'entrée en phase S et dépend de
l'activité SPF ;
–entre la phase G2 et la mitose, le troisième point de contrôle permet l'entrée en mitose et dépend d'une
activité MPF.
Ce sont des déterminants endogènes (intracellulaires) qui vont déclencher spécifiquement les différentes
phases du cycle cellulaire.
III. Mise en évidence expérimentale
L’existence de ces points de contrôle a été mise en évidence par des études biochimiques de fusion cellulaire et
de micro-injection.
a) Fusion cellulaire
On effectue la fusion de deux cellules pour obtenir une cellule hybride à deux noyaux appelée
hétérocaryon. Ceci se produit non spontanément, grâce à des conditions drastiques : il faut un virus, un
environnement particulier, et il faut que les deux cellules soient mises dans un champ électrique.
Première expérience : phase S + G1
On a fusionné une cellule en phase S avec une cellule en phase G1. Les hétérocaryons qui étaient
produits avaient des noyaux qui rentraient tous les deux en phase S.
On en a déduit que la cellule en phase S doit contenir un facteur qui déclenche l'entrée en phase S pour
la cellule G1. C'est ce facteur que l'on a appelé le facteur de promotion de la phase S, ou SPF (S phase
Promoting Factor).
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Deuxième expérience : phase S + G2
On fusionne une cellule en phase S avec une cellule en phase G2. Le noyau G2 reste bloqué et ne
continue pas son programme contrairement au noyau S.
La cellule en phase G2 est donc insensible au SPF qui permettait l'entrée en phase S de la cellule en
phase G1. Le corollaire est qu'il n’y a qu’une seule réplication de l’ADN qui peut se réaliser.
Troisième expérience : G1 + G2
On a fusionné une cellule en phase G1 et une cellule en phase G2. Au niveau des hétérocaryons, le
noyau G1 continue son programme contrairement au G2 (comme dans l'expérience, précédente).
On en a déduit que SPF disparaissait en fin de phase S puisque la G2 ne permet pas à G1 de passer en
phase S. SPF n'est donc plus présent en G2.
Les expériences 2 et 3 montrent que le G2 reste bloqué ce qui sous-entend qu'il y a un facteur présent en
phase S et en G1 qui permet de bloquer le programme de la cellule en G2.
En S il y a un un facteur SPF qui permet l'entrée en phase S des cellules en G1. Il disparaît en fin de phase S et
n'est pas présent en G2 (et donc pas non plus en mitose).
Réplication et SPF :
–Il y a une seule réplication par cycle cellulaire et elle est donc obligatoire pour entrer en mitose. Le SPF
ne peut induire la réplication que dans les cellules dites compétentes pour initier la réplication
(uniquement les cellules en G1). SPF a disparu de la cellule en G2.
–La cellule en G2 ne contient pas d’inhibiteur de synthèse d’ADN puisque ça n'empêche pas la cellule en
G1 de continuer son programme.
–La cellule en G1 et S doit contenir des facteurs qui retardent la mitose tant que la réplication de l'ADN
n'est pas terminée (facteur inhibiteur de la mitose présent en G1 et en S).
–il y a un facteur d'initiation de la mitose, le MPF, qui permet l'entrée en mitose.
Le cycle cellulaire se caractérise donc par un enchaînement séquentiel de facteurs présents (actifs) de
façon temporaire.
b) Approche biochimique à la suite de ces expériences
1er point de transition : SPF
On a fait un système de réplication in vitro mesuré en UA
(unités arbitraires) en utilisant un extrait cellulaire auquel on a
rajouté de l'ADN ainsi qu'un inducteur de la réplication, l'antigène
T.
Or on voit que en G1 la réplication est faible, en G2 la
même, en S elle est importante.
Si on ajoute en G1 (réplication in vitro faible), le facteur
Cdk1 on aboutit à une induction très importante de la réplication.
Les cellules en phase S contiennent une activité capable
d'induire la réplication dans un système in vitro et cette activité est
dépendante de la Cdk1 (cycline dependant kinase 1).
Les Cdk dépendent des cyclines pour leur activité car elles n’ont pas d’activité kinase si elles sont non
fixées à une cycline.
Le SPF a donc été identifié biochimiquement comme étant la Cdk1.
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