Le Cycle cellulaire

PAES 2010-2011
STAGE DE PRÉ RENTRÉE UE 2
Introduction
• Théorie cellulaire : toute cellule est issue
d’une cellule
• L’information génétique est transmise aux 2
cellules filles à chaque division
• Le génome de la cellule eucaryote :
– le matériel génétique est enfermé dans un
compartiment membranaire : le noyau
– matériel génétique = chromosomes
Rappel sur les chromosomes
• Chez l’homme : 23 paires soit 46 chromosomes
contenant chacun 1 molécule d’ADN
• Ne pas confondre brins d’ADN et molécule d’ADN !
1 chromatide = 1 molécule d’ADN = 2 brins d’ADN
1 molécule d’ADN = 1 fibre nucléosomique
• 1 chromosome peut contenir 1 ou
2 chromatide(s) selon le moment
du cycle cellulaire
• 1 chromatide est formée d’1
molécule d’ADN
• 1 molécule d’ADN est formée de 2
brins complémentaires
2 brins d’ADN =
1 molécule d’ADN =
1 chromatide
2 chromatides
Vue d’ensemble du cycle cellulaire
• Il dure environ 10h chez l’Homme
• La mitose dure environ 1h chez l’Homme
Vue d’ensemble du cycle cellulaire
• La phase G0 = phase de repos
→ attente de conditions favorables pour entrer dans un
cycle cellulaire
• La phase G1 = accroissement de la cellule
→ synthèse d’ARNm et de protéines
• La phase S = réplication de l’ADN (quantité × 2)
→ 1 molécule d’ADN → 2 molécules d’ADN
→ synthèse d’ARNm et de protéines
• La phase G2 = transition fin réplication/mitose
→ synthèse d’ARNm et de protéines
• La mitose = division nucléaire (caryocinèse) puis
division cytoplasmique (cytodiérèse)
→ 1 cellule mère → 2 cellules filles
→ pas ou peu de synthèse d’ARNm et de protéines
Quand la cellule est en G1, si les conditions
deviennent défavorables, retour possible en G0 mais
la passage de G1 à S est irréversible.
G0
G1
S
Le contrôle du cycle cellulaire
1) Points de contrôle
Il en existe 3 :
• G1→ S :
environnement favorable?
taille de la cellule (×2)?
• G2→ M :
ADN répliqué?
ADN intact?
• Métaphase→ Anaphase :
chromosomes alignés dans le plan équatorial?
chromosomes attachés au fuseau mitotique?
Le contrôle du cycle cellulaire
Le franchissement de ces 3 points de
contrôle est sous le contrôle des
complexes protéiques Cdk = Cyclines
dépendantes des Kinases.
Le contrôle du cycle cellulaire
2) Définitions
• Phosphorylation : ajout d’un groupement
phosphoryle sur un composé organique
• Déphosphorylation : suppression d’un groupement
phosphoryle sur un composé organique
• Kinase : enzyme permettant d’ajouter un
groupement phosphoryle à un composé
• Phosphatase : enzyme permettant d’enlever un
groupement phosphoryle à un composé
Le contrôle du cycle cellulaire
P
P
ATP
P P
ADP
P
P
KINASE
P
phosphorylation
P
PHOSPHATASE
déphosphorylation
Active
Inactive
Active
Inactive
Active
Inactive
ou
P
=
La phosphorylation induit des
changements de conformation des
protéines cibles et les active ou les
inhibe.
Les complexes cyclines/Cdk et
régulations
Cdk
cycline
ssu catalytique
ssu régulatrice
Une fois actif, le rôle de ce
complexe cycline/Cdk est de
phosphoryler des protéines.
Pour être activée, une Cdk
doit être :
• associée à une cycline
• phosphorylée par une
kinase = CAK
Les complexes cyclines/Cdk et
régulations
Il existe différentes cyclines qui peuvent s’associer à
différentes Cdk selon les moments du cycle :
Au cours du cycle :
[Cdk] = constante
[CAK] = constante
[cycline] = variable
1) Régulation de l’activité des Cdk
Un jeu de phosphorylation et déphosphorylation
Exemple du complexe Cdk1/cycline B intervenant lors
de la mitose :
Il est actif pour la mitose mais est déjà présent en
phase G2 sous forme inactive.
1) Régulation de l’activité des Cdk
Mécanisme?
• Initialement, Cdk1 et la cycline B sont dissociés
• Arrivée de la cycline B → modification de la
conformation de Cdk1 → ouverture du site actif
• La kinase CAK peut alors phosphoryler le site actif
sur Cdk1
→ Complexe Cdk1/cycline B actif
1) Régulation de l’activité des Cdk
Cdk1
+
B
Cdk1
B
Complexe inactif
CAK
Cdk1
= phosphorylation
B
Complexe actif
1) Régulation de l’activité des Cdk
MAIS, ce complexe doit être inactif pendant la phase
G2.
Mécanisme?
• Initialement, le complexe Cdk1/cycline B est
phosphorylé en un site par CAK (donc actif)
• Il subit d’autres phosphorylations par 2 kinases :
Wee1 et Myt1 (sur des sites différents que CAK)
→ Complexe Cdk1/cycline B inactif
Cdk1
B
Complexe actif
kinases
Wee1
Myt1
Cdk1
B
Complexe inactif
1) Régulation de l’activité des Cdk
Une fois la phase G2 terminée, le cycle cellulaire entre
en mitose, il doit y avoir levée de l’inhibition du
complexe.
Mécanisme:
• Une phosphatase, Cdc25, enlève les phosphorylations
mises par Wee1 et par Myt1
→ Complexe Cdk1/cycline B actif
Cdk1
B
Complexe actif
kinases
Wee1
Myt1
Cdk1
B
Complexe inactif
phosphatase
Cdc25
Cdk1
B
Complexe actif
2) Dégradation des cyclines
Les cyclines sont des protéines nécessaires à
l’activation des Cdk.
Si elles sont dégradées, les complexes sont inactivés.
La protéolyse régulée (= dégradation des protéines)
des cyclines à certains stades du cycle assure donc une
régulation.
La protéolyse est assurée notamment par 2 complexes :
• APC : dégradation cyclines de la mitose
• SCF : dégradation cyclines des phases G1 et S
3) Régulation de la transcription des gènes
Pour passer de la phase G1 à S, la cellule a besoin d’un
« coup de pouce ».
« coup de pouce » = protéine E2F
E2F :
• active les gènes nécessaires à l’entrée en phase S
→ Transcription gènes cyclines D et E
• E2F libre = active
• E2F + protéine RB = inactive
3) Régulation de la transcription des gènes
P
Si
Si
P
RB
RB
P
protéine RB phosphorylée → E2F libre
et active.
protéine RB non phosphorylée → E2F
non libre et inactive.
3) Régulation de la transcription des gènes
• Les cyclines de la phase G1 phosphorylent les
protéines RB → E2F active.
→ cellule entre en phase S
• En fin de cycle cellulaire, le taux des cyclines diminue ;
il n’y a donc plus phosphorylation des protéines RB →
E2F inactive.
→ cellule va en phase G0