Composants du système de contrôle du cycle cellulaire

LE CYCLE
CELLULAIRE
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II - Constitution du système de
contrôle du cycle cellulaire
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Historique
• Pendant des années
– ballet de marionnettes
– synthèse de l'ADN
– mitose
– pas de systèmes de contrôle spécifique
– boite noire
• Actuellement
– identification de protéines qui contrôlent le cycle
– séparé du contrôle de la synthèse de l'ADN,
mitose, ségrégation, etc …
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Lave-linge automatique
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Arrivée d'eau
Arrivée de la poudre
Chauffage
Lavage
Pompage
Essorage (court)
Arrivée d'eau
Rinçage
Pompage
Essorage (long) + pompage
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Cycle cellulaire
• Synthèse d'ADN
• Mitose etc …
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Déclenchement
• Programmateur
central qui
déclenche les
étapes en tournant
Fig 17-13
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Composants du système de contrôle
• Une horloge fixant la durée de chaque étape
• Un mécanisme pour déclencher les étapes
dans le bon ordre
• Un mécanisme pour que chaque étape ne
survienne qu'une seule fois
• Chaque étape réalisée entièrement et de
façon irréversible
• Robustesse du mécanisme même si la cellule
est en difficulté
• Adaptabilité à l'environnement
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Les points de contrôle
• Lave linge
– Niveau de l'eau (haut ou bas)
– Température de l'eau
• Cycle cellulaire
– Achèvement de la synthèse d'ADN
– Attachement des chromosomes au fuseau
• Retarde la progression à l'étape suivante
• Évite le désastre
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Points de contrôle
Fig 17-14
• Les points de
contrôle
• Arrêt du cycle si
les conditions ne
sont pas remplies
• Existence de
signaux extra
cellulaires
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Nature du signal : positif ou négatif ?
• Signal intracellulaire négatif plutôt que suppression de signal
positif
• Exemple de l'attachement des chromosomes à l'anaphase
– soit chaque chromosome attaché envoie un signal positif et
l'anaphase se fait quand tous les signaux sont reçus (faux)
– soit chaque chromosome non attaché envoie un signal négatif qui
inhibe la suite demandant d'attendre (vrai)
• Exemple de la réplication de l'ADN
– L'ADN non répliqué inhibe l'entrée en mitose
• Exemple de l'inactivation des points de contrôle
– par mutation
– n'empêche pas le cycle de progresser
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Les Cdks (Cyclin-dependant kinases)
• Kinases dont l'activité oscille au cours du
cycle cellulaire
• Phosphorylent les protéines cellulaires
qui régulent les événements du cycle
(réplication de l'ADN, mitose,
cytodiérèse, ... )
• Contrôlées par de nombreuses protéines
dont les cyclines
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• Les deux composants clé
du système de contrôle du
cycle cellulaire
– cycline
– Cdk (inactive sans cycline)
Fig 17-15
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Les cyclines
• Cycle de synthèse dégradation au cours du
cycle cellulaire
• Le taux de Cdk est constant
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• Schéma du système
de contrôle du cycle
cellulaire
Fig 17-16
– l'action de Cdk se
termine par la
dégradation de la
cycline
– exemple de deux
cyclines
• S-cycline
• M-cycline
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Les 4 classes de cycline
• En fonction de l'étape du cycle où elles se
lient à Cdk
• 3 classes se retrouvent dans tous les
eucaryotes
– cyclines G1/S : lient Cdk à la fin de G1 et
engagent la cellule à répliquer l'ADN
– cyclines S : lient Cdk pendant la phase S,
nécessaire à l’initiation de la réplication de l'ADN
– cyclines M : promeuvent la mitose
• G1-cyclines : permettent le passage du point
start ou de restriction en G1 tardif
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• Les principales cyclines et Cdks des vertébrés
et des levures bourgeonnantes
Table 17-1
•Chez la levure, une seule Cdk se lie à toutes les cyclines
et dirige tous les événements du cycle cellulaire
•Chez les vertébrés il y a 4 Cdks (1,2,4,6)
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Comment le complexe cycline-Cdk
agit-il dans la cellule ?
• La cycline dirige le complexe vers sa cible
• L'accessibilité des substrats n'est pas la
même pendant toute la durée du cycle
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Base structurale de l'activation de Cdk
– A. Cdk2 humain inactif à cause de la boucle T qui bloque le site
actif
– B. Activation partielle grâce à la libération partielle du site actif
par la sortie partielle de la boucle T
– C. Activation complète de Cdk2 par phosphorylation grâce à
Cdk Activating Kinase (CAK)
Fig 17-17
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Régulation de Cdk (inhibition)
• Les taux de cycline (le plus important)
• Contrôle plus fin
1. Phosphorylation / dé-phosphorylation
inhibitrice
2. Protéines inhibitrices : Cdk inhibitor
proteins (CKI)
3. Protéolyse cyclique des cyclines
4. Rôle de la transcription dans la régulation
du cycle
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Régulation fine de Cdk :
1 - phosphorylation inhibitrice
• Inhibition par phosphorylation de 2
acides aminés au-dessus du site actif
grâce à un protéine kinase appelée
Wee1
• Activation par déphosphorylation de ces
2 acides aminés au-dessus du site actif
grâce à une phosphatase appelée
Cdc25 (cf infra pour l'activité M-Cdk à
l'entrée en mitose)
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• Régulation fine de l'activité de Cdk
par phosphorylation inhibitrice
2
(s)
Un seul site P est
représenté
Fig 17-18
Ajouté par Cdk activating
kinase (CAK)
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Régulation fine de Cdk :
2 - protéines inhibitrices
• Protéines inhibitrices de Cdk "Cdk
inhibitor proteins" (CKIs)
• Agissent sur le site actif de Cdk
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• Inhibition du complexe cycline A - Cdk2 humain
par une CKI (p27)
Fig 17-19
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3 - Protéolyse cyclique des cyclines
• Les complexes cycline-Cdk sont inactivés par
protéolyse de la cycline (pas de cdk !)
• Mécanisme d'ubiquitinylation
– fixation (spécifique) de nombreuses copies
d'ubiquitine (ubiquitine ligases +++)
– destruction dans les protéasomes
• SUMO…
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Ubiquitine ligases
Les deux plus importantes :
1. Complexe SCF
(Skp1–Cul1–FBP [F box protein])
2. APC
(anaphase promoting complex)
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1. Complexe SCF
–Ubiquitinylation et destruction des
cyclines G1/S
–et certaines CKI (Cdk inhibitor
proteins)
–Activité constante pendant le cycle
–Contrôlé par les modifications d'état de
phosphorylation des protéines cibles
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• Contrôle de la protéolyse de CKI par SCF
– SCF est toujours active
– Mais ne reconnaît la protéine que si elle est phosphorylée
Fig 17-20(A)
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2 . APC (anaphase promoting complex)
• En phase M
• Ubiquitinylation et destruction
des cyclines M
• Change au cours du cycle
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• Ubiquitinylation de la
cycline M par APC
(anaphase promoting
complex)
Fig 17-20(B)
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4 - Rôle de la transcription dans la
régulation du cycle cellulaire
• Dans les cellules embryonnaires de grenouille, il n'y
a pas de transcription : régulation posttranscriptionnelle uniquement
– phosphorylation de Cdk
– liaison aux cyclines
– protéolyse de ces mêmes cyclines
• Dans d'autres types de cellules
– (protéolyse des cyclines) mais en plus…
– synthèse de cyclines
• Application des DNA array (chez la levure)
– modification de l'expression des gènes pendant le cycle
– 10 % (!) des gènes codent pour des ARNm dont le niveau
change pendant le cycle
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