Cycle cellulaire

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
Vue d’ensemble du cycle cellulaire
• Il dure environ 10h chez l’Homme
• La mitose dure environ 1h chez l’Homme
• 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 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 actives ou les
inhibes.
Les complexes cyclines/Cdk et
régulations
Cdk
ssu catalytique
cycline
ssu régulatrice
Pour être activée, une Cdk doit être :
• associée à une cycline
• phosphorylée par une kinase = CAK
Une fois actif, le rôle de ce complexe
cycline/Cdk est de phosphoryler des
protéines.
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.
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
+
Cdk1
B
B
Complexe inactif
CAK
= phosphorylation
Cdk1
B
Complexe actif
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
MAIS, ce complexe doit être inactif pendant la phase G2.
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
P
P
Si
Si
P
RB
RB
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
LA MITOSE
•Phase M du cycle
cellulaire
•1 cellule mère donne 2
cellules filles
•Mitose= caryocinèse +
cytodiérèse
•Les différentes phases
se succèdent de façon
continue.
LES DIFFERENTES PHASES
1- Prophase : condensation des chromosomes,
fin: rupture de l’enveloppe nucléaire.
2- Prométaphase : capture des chromosomes
par les fibres du fuseaux
3- Metaphase : formation de la plaque
équatoriale
4- Anaphase : séparation des 2 chromatides de
chaque chromosome et ascension polaire de
celles-ci.
5- Télophase et Cytodiérèse : reformation de
l’enveloppe nucléaire, et séparation en 2
nouvelles cellules identiques.
LA PROPHASE
•La chromatine se condense en chromosomes,
composés de 2 chromatides non encore
visualisables.
•Les 2 centres cellulaires s’éloignent (formeront
les pôles).
•Les fibres de microtubules liées aux centres
cellulaires forment les asters.
LA PROMETAPHASE
•Rupture de l’enveloppe nucléaire et capture
des chromosomes par les fibres du fuseau.
•Mise en place de l’appareil achromatique =
pôles, asters et fuseau (fibres polaires et
kinétochoriennes).
•L’EN se disperse en saccules membranaires du
RE.
•Les chromatides des chr. sont discernables, les
chr. font des mouvements de va et vient entre
les pôles = fishing.
LA METAPHASE
•Point de contrôle du fuseau.
•Les chromosomes sont alignés dans le plan équatorial.
•Les 2 chromatides sont bien individualisables.
•La région proche du centrosome = juxta centromérique reste
unique, les chromatides restent liées par quelques cohésines.
L’ ANAPHASE
•Séparation des chromatides et ascension polaire de celles-ci.
•Les chromatides deviennent des chromosomes anaphasiques.
•Chaque pôle tracte la moitié du matériel génétique (formation de 2 hémi-fuseaux),
des saccules membranaires les entourent.
TELOPHASE ET CYTODIERESE
•Télophase= tassement polaire des chromosomes + reformation noyaux
nouveaux noyaux
•Cytodiérèse = étranglement de la cellule
2 nouvelles cellules.
MECANISMES ET REGULATION
DE LA MITOSE
•Le processus de la mitose est basé sur:
-le phénomène de compaction/décompaction de la
chromatine (euchromatine et hétérochromatine) .
-Le rôle de l’appareil achromatique: fibres de MT et
moteurs moléculaires du cytosquelette.
•De nombreuses protéines interviennent dans le
déclenchement, la régulation et le contrôle de chaque
étape de la mitose.
•Il existe différentes pathologies de la mitose : spontanées
ou provoquées.