Division et cycle de division de la cellule

Chapitre 6 – Division et cycle de division de la cellule – Apoptose.
I – Mécanismes de division de la cellule
A) Introduction
B) Les différentes phases du cycle de division de la cellule
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C) Division de la phase M en 6 phases
1 – La Mitose
- La Mitose correspond à la division du noyau et donc du patrimoine génétique. Elle contient à elle
seule 5 étapes de la division cellulaire.
2 – La Cytodiérèse
- C’est la dernière étape de la division. Elle consiste en la division du Cytoplasme qui aboutira à la
division de la cellule.
D) Préparation des chromosomes à la Mitose
1 – Réplication de l’ADN en phase S et Duplication des Chromosomes.
2 – Condensation des chromosomes et des deux Chromatides sœurs.
3 – Rôles des Condensines et Cohésines dans la condensation de la chromatine.
E) Mise en place d’une machine du cytosquelette pour assurer la division
1 – Deux systèmes du cytosquelette mise en œuvre en phase M
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2 – Centrosome = Centre Organisateur des Microtubules (MTOC)
- Ce MTOC va se scindé en 2 lors de la Mitose et chacun de ces sous partie va se diriger vers un des 2
pôles de la cellule.
3 – Formation du Fuseau mitotique entre les 2 pôles.
F) Les Etapes de la mitose
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1 – Prophase lors de la transition G2  M
2 – Pro-métaphase
3 – Métaphase
4 – Anaphase
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5 – Télophase
Bilan :
G) Dynamique des Microtubules au cours de la Mitose.
1 – Mise en place des Microtubules des 3 classes.
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2 – Interaction des Microtubules avec des protéines agissant comme moteurs.
3 – Attachement des Kinétochores au MT
Kinétochore : Complexe protéique localisé au niveau du centromère des chromosomes. Il permet
l’attachement des Chromosomes aux MT lors de la Mitose.
4 – Séparation des chromatides sœurs au cours de l’Anaphase.
- Les Chromatides sœurs sont attachées l’une à l’autre par des molécules de Cohésine qui vont se
dégrader après action d’une protéase pendant l’Anaphase.
- Dès lors, chaque Chromatide sœurs va se séparer l’une de l’autre et se diriger vers une pôle précis
de la cellule à l’aide du fuseau mitotique qui régresse.
- La migration des Chromatides vers les pôles se fait par exercice de plusieurs forces :
- Force des MT sur les Kinétochore : Force principale qui permet le retrait des MT vers les
centres MTOC tout en ramenant les chromatides aux niveaux des pôles.
- Force de Glissement appliquée entre les MT eux-mêmes.
- Force d’étirement des MT aster sur les pôles afin de séparer ces pôles et de la localiser
précisément à un pôle de la cellule.
H) La Cytodiérèse
1 – Formation du sillon de division
2 – Anneau de concentration fait de filament d’Actine et de Myosine.
II – Cycle de division de la cellule (Cycle Cellulaire)
A) Constituants du système de régulation du cycle de division de la cellule.1 – Etapes majeurs déclenchées par le système de
G1 : Temps où passe la majorité des cellules
S : Phase de Réplication
G2 : Les cellules attendent de rentrer en Mitose.
M : Phase de Mitose, les Cellules se divisent mais peuvent rester bloquer en Anaphase (régulation par
un point de contrôle.)
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1.1 - Régulation de l’entrée en phase S
- Evalue les conditions extérieures pour savoir si les conditions de division sont réunies.
1.2 - Régulation de l’entrée en phase M
- Elles doivent également vérifier si y a eu une bonne division.
1.3 - Régulation de la sortie de la phase M
- Les cellules peuvent y passer des heures ainsi pour bloquer les cellules en Anaphase.
2 – Points de contrôle spécifique susceptible de bloquer les cycle de division.
2.1 - Entrée en phase S
- Est-ce que l’environnement est favorable à une division (disponibilité en nutriments.)
2.2 - Entrée ne phase M
- ADN répliqué ?
- Dommages ?
- Environnement favorable ?
2.3 - Sortie de la phase M
- Les Chromosomes sont-ils tous attachés au fuseau mitotique ?
- Ces points de contrôle sont régulés par des kinases pour passer d’une étape à l’autre.
- Le système de régulation est fondé sur l’activité cyclique de ces protéines kinases.
- A chaque étape du cycle, il y a des kinases (soit différentes soit les mêmes) qui vont s’activer et
adopter un substrat spécifique. Elles interagissent avec des molécules particulières : les Cyclines.
- Ces Kinases (Cdk) sont exprimées uniformément tout le long de la vie cellulaire. Pour être activé,
elles doivent être liées à des Cyclines.
- Les Cyclines spécifiques sont exprimées à chaque étape du cycle cellulaire.
- Chez la levure, il n’y a qu’une seule Cycline qui change de conformation à chaque étape. Chez
l’Homme, c’est un peu plus complexe (Voir Tableau)
3 – Système de régulation
- On peut représenter par des courbes, les niveaux d’expression des différentes Cyclines au cours du
temps (Voir les Courbes dans le Diapo.)
4 –Activation des Cdk par liaison aux cyclines suivies d’une Phosphorylation.
- Quand la Cdk se lie à la Cycline, elle est partiellement active. Il faut donc l’action d’une autre kinase
(Cak) qui vont phosphoryler un petit bout de Cdk et donc induire une activation totalité des
complexes Cdk/Cycline.
5 –Répression de l’activité des Cdk.
- Cette Cdk peut être inactivé par une deuxième phosphorylation induite sur cette Cdk par Wee-1. On
peut la réactiver par une Phosphatase.
- On peut également bloquer l’action des Cdk par liaison à une protéine d’inhibition (Exemple de la
protéine p27 ou Protéine « Cki ».)
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6 – Cycle de Protéolyses pour réguler le cycle de division de la cellule.
- La Protéine d’inhibition qui peut se fixer sur Cdk peut être phosphoryler pour être ubiquitinylée et
donc dégrader via le Protéasome.
- Il est possible également de fixer une ubiquitine ligase (APC/C) qui va s’activer par fixation d’une
protéine d’activation (Cdc 20) et greffer ainsi des groupements ubiquitine sur la Cycline M, ce qui va
la dégrader, et donc inactiver la Cdk.
7 – Cycle de division de la cellule régulés aussi par la transcription (Cycline)
B) Régulation intracellulaire des évènements du cycle de division de la cellule
1 –Amorçage de la réplication une seule fois par cycle contrôlé par Cdk-S.
1.1 - Démonstration du Blocage d’une nouvelle réplication
– Mise en évidence de ce phénomène par fusion de 2 cellules dont l’une en cours de réplication, et
l’autre en phase G1, la cellule hybride va acquérir la propriété de S.
- Ce phénomène ne marche pas si on fusionne 2 cellules avec une cellule en phase S et une autre en
phase G2. En effet, la cellule en phase G2 restera en phase G2.
1.2 – Mécanismes moléculaires du contrôle de la réplication en phase S.
En phase G1 :
Dans le complexe d’initiation de la réplication, on a deux protéines : Cdc6 et Cdt 1 qui s’associe au
Site d’origine de la réplication (ORC) et qui vont permettre le recueil des protéines MCM.
En phase S
- Cdc 6 est dégradée et cdt1 sont libéré. Pat activation de Cdk-S. Ceci permet la fixation du complexe
d’Amorçage.
- Seulement la réplication n’est pas possible car :
- le complexe ORC est phosphorylée.
- inhibition de cdt1
- Dégradation de Cdc 6.
Phase G2/M :
- La réplication est terminée, il faudra déphosphoryler ORC pour initier un nouveau Cycle.
2 – Activation des complexe Cdk-M pour l’entrée en Mitose.
- Cycline M + Cdk1 +Phosphorylation de Cdk  Activation de Cdk-M.
- Rétrocontrôle + de la kinase d’activation paru augmentation de la kinase via la cycline et inhibition
de la phosphatase d’inhibition.
3 - Réplication complète de l’ADN nécessaire à l’entrée en Mitose
 Mise en évidence de ces points de contrôle.
- Elimination du point de contrôle S/G2 par la caféine.
- L’Hydroxy-Urée bloque en phase S
- Hydroxy-Urée + Caféine  Mitose suicide.
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4 – Préparation à la séparation des chromosomes répliqués par Cdk-M
- La Disparition de l’enveloppe nucléaire est due à une phosphorylation directe des lamines par CdkM.
- Pour reformer l’enveloppe nucléaire, il faut une déphosphorylation des lamines lorsque la cellule
est en Anaphase.
- Cdk-M agit également au niveau de la Condensation des chromosomes.
 Il va phosphoryler les sous unités Cohésines et Condensines.
- Régulation par Cdk-M des Protéines qui gèrent le déplacement des Microtubules.
5 – Séparation des chromatides sœurs déclenchées par Protéolyse.
- Protéolyse de la Sécurine par le complexe APC/C qui va dégrader la Sécurine et libérer la Séparase
qui lui était lié. Cette Séparase va pourvoir agir et couper les Cohésines qui condense la chromatides.
6 - Point de contrôle de l’attachement des Chromosomes au fuseau mitotique
7 – Protéolyse de la Cycline par APC/C en fin de Mitose
8 - Cdk Inactive de façon stable en phase G1
- Deux mécanismes d’inhibition de l’activité Cdk en phase G1
9 – Frein exercé sur la transcription par la protéine Rb dans les cellules en G1.
10 – Coordinateur de la croissance et du cycle.
- Quand il y a moins de nutriments, il y a un régulateur qui va permettre de conserver la masse
cellulaire au cours du temps.
- Recrutement de Protéines Kinases qui active un facteur de régulation de l’expression des gènes qui
va permettre la synthèse de Ribosomes.
11- Point de contrôle de l’intégrité de l’ADN par p53.
12 – Résumé du système de régulation du cycle de Division des cellules.
III – Apoptose et Mort de la cellule.
A) Introduction et Définition
Apoptose : Forme de mort des cellules appelée aussi « mort cellulaire programmée » qui est la
conséquence de l’activation d’un programme de suicide à l’intérieur de la cellule. Cette activation
conduit à la fragmentation de l’ADN, à la contraction du cytoplasme et à des changements de la
membrane.
- L’apoptose a des caractéristiques particulières.
B) Elimination des cellules par le déroulement d’un programme de mort
C) Marqueurs Biochimiques.
D) Apoptose déclenché par une cascade de Protéolyse Intracellulaire.
1 – Caspase
- Famille de Protéase de spécificités multiples
2 – Activation des Caspases par Protéolyses de Pro-Caspases.
3 – Auto-activateurs et activation irréversibles de toutes les Caspases.
- Une molécule de Caspases en active d’autre.
E )Activation initiale des pro-Caspases
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1 - Activation par la voie extrinsèque
- Pac-maaaaaaaaaaaaaaaaan BLORP
2 – Activation par la voie intrinsèque
- Cytochrome c qui va activer des protéines Aparf qui vont former un complexe (Apoptosome visible
en Cristallographie) qui va recruter des Pro-Caspase qui vont entrer en maturation, devenir actives et
BLORP !
F) Protéines Pro-apoptose et anti-apoptose.
1 – Structure conservée
2 - Rôles des protéines
3 – Facteurs de Survie et de régulation
4 – Voies mises en jeu par les facteurs de Survie.
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