Le cycle cellullaire
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1 Le cycle cellullaire I) Généralités Les cellules se reproduisent en multipliant leurs composants et en les répartissant en deux nouvelles cellules fille identiques à la cellule mère. Les divisions cellulaires sont nécessaires à la formation d'un nouvel organisme et au renouvellement des tissus. Dans un organisme multicellulaire, toutes les cellules ne se divisent pas au même rythme. Le cycle cellulaire est régulé de façon complexe par différents signaux intra et extra cellulaires. Le potentiel de renouvellement de chaque cellule est limité en fonction du tissu. Le cycle cellulaire comporte : - une interphase comprenant une phase G1, une phase S et une phase G2 - une phase de mitose II) Méthodes d'étude - La cytophotométrie permet de quantifier et d'obtenir une image de la cellule. - La cytométrie en flux permet de travailler sur des cellules vivantes. 2 Ces techniques ont montré que l'ADN se duplique pendant l'interphase. Elles permettent de calculer l'index mitotique : nb de cellules en mitose / nb total de cellules et d'évaluer la vitesse de division des cellules dans une population cellulaire. - Autoradographie après marquage à la thymidine tritiée ou à la bromodésoxyuridine (Brdu). Cette méthode permet de mesurer la durée des phases de façon précise. III) Les différentes phases du cycle - Phase G1 ou pré-réplicative : c'est la phase de synthèse d'ARN et de protéines. Elle est de durée variable et c'est le lieu d'un point de contrôle majeur du cycle. - Phase S : c'est la phase de réplication de l'ADN et du début du doublement des centrioles. - Phase G2 : fin du doublement des centrioles et des synthèses d'ARN et de protéines. C'est le moment du retro-contrôle le plus important avant le passage à la mitose. - Phase de mitose : c'est la phase de division du noyau et de tous les organites qui seront répartis dans les cellules fille. 4n 2n 2 n G1 S G2 M Variations de la quantité d'ADN au cours du cycle G2 M IV) Contrôle du cycle cellulaire 1) Variation de la durée de G1 - S + G2 + M = 12 heures. - La durée de G1 est très variable et est fonction du type cellulaire. - Exemple du fibroblaste : 12 à 24 h pour G1, 8 h pour S, 3 h pour G2 et 1 h pour M. - La durée de G1 peut aller de l'absence totale, comme chez les cellules embryonnaires à quelques heures (cellules du tube digestif), quelques années (celllules hépatiques) ou le blocage en G0 (cellules nerveuses). 2) La sénescence - La capacité proliférative des cellules est limitée, sauf pour les cellules souches et les cellules cancéreuses. - La capacité proliférative dépend de l'âge des cellules mise en culture. - La probabilité d'entrer en G0 augmente avec le nombre de divisions. - la raison de la sénescence n'est pas clairement comprise : raccourcissemenet des télomères ou accumulation d'un inhibiteur du cycle cellualire. 3) Transitions entre les phases du cycle - Elles sont contrôlées par des mécanismes de régulation biochimiques cycliques. - Ces mécanismes de contrôle agissent au niveau des points de restriction. 3 Activation cyclique Points de restriction 3.1) Méthodes d'étude du contrôle des points de restriction G1 / S et S / G2 La fusion cellulaire : 4 Passage de G1 à S : - Le contrôle se fait sur le volume de la cellule ; une cellule trop petite devra attendre avant de passer en phase S. - La fusion entre une cellule en phase S et une cellule en phase G1 provoque l'entrée de la cellule G1 en phase S. -> Il existe un ou plusieurs facteurs activateurs dans le cytoplasme de la cellule en phase S Passage de S en G2 : - La fusion d'une cellule en G1 avec une cellule en G2 n'a pas d'effet sur la cellule en G1. -> Disparition du facteur activateur 3.2) Méthodes d'étude du contrôle des points de restriction G2 / M et M / G1 L'injection dans l'oeuf du Xénope : Cette manipulation a permis de mettre en évidence le MPF (Maturation Promoting Factor). La cellule mitotique possède un facteur capable d'entraîner la condensation des chromosomes de cellules en phases G1, S ou G2. 5 Passage de G2 à M : - Le passage de G2 à M est dû à la présence du MPF. - Le MPF est formé par l'association d'une cycline et d'une kinase. Le MPF s’accumule sous forme inactive, le pré MPF, doublement phosphorylé. La déphosphorylation d’un site active le complexe. - Il contrôle lui-même les phosphorylations des lamines, des histones H1 et des MAPs. Passage de M en G1 : C'est le passage vers l'interphase ; il est dû à la dégradation de la cycline du MPF. V) Mécanismes moléculaires du contrôle - Les mécanismes reposent sur l'activation de complexes formés de cyclines et de kinases. - Les cyclines suivent un cycle de synthèse – dégradation. Leur taux varie au cours du cycle et elles activent les kinases. - Les kinases ou Cycline dependant kinases (Cdk) sont responsables de phosphorylation de nombreuses protéines. Elles sont en concentration constante dans la cellule. 1) Système de contrôle de la levure - Il est simple : une Cdk, la Cdc2 et deux cyclines, G1 et M. - Cdc2 peut être associé à l'une des deux cyclines. - Le complexe Cdc2 / M constitue le MPF qui est synthétisé sous une forme inactive, le pré MPF. 2) Système de contrôle de la cellule de mammifère - Le système est plus complexe, mais fonctionne de la même façon. - Il existe trois Cdk : Cdk1 (homologue de Cdc2), Cdk2 Cdk4 ou Cdk6 - Elles possèdent les fonctions de Cdc2 - Il existe six types de cyclines : A, B, C, D, E et F 3) Facteurs de croissance, proto-oncogènes et gènes suppresseurs - La cascade de transduction entre facteur de croissance et facteurs de transcription passent par l'activation des Cdk. - Les gènes suppresseurs de tumeurs, Rb et p53, contrôlent le passage G1 – S. - Rb intervient sur les membres de la famille E2F. - Il est inhibé par phosphorylation en fin de G1. - P53 est activé en cas de lésion cellulaire. - P53 contrôle la transcription de p21 qui inhibe Cdk4, responsable de la phosphorylation de Rb. 6
