PACES Amiens 2010/2011 – 2010/2011 – UE2 – UE2 – Biologie cellulaire – cellulaire – Le cycle cellulaire
CHAPITRE 8 : Le cycle cellulaire Généralités : - Concerne toutes les cellules sauf les hématies, hématies, les neurones et les cellules musculaires - Une cellule mère donne 2 cellules filles identiques - Concerne les cellules à 1 noyau et peu différencier Définitions : - Ensemble des modifications que subit une cellule entre sa formation et sa division par mitose - Un cycle comprend 2 phases : Interphase (G1, S et G2) o Mitose (M) o - Prolifération cellulaire : c’est l’augmentation du nombre de cellule par divisions successives - Croissance cellulaire : c’est l’augmentation de la masse individuelle d’une cellule - Interphase : c’est le temps entre la fin d’une division et le début d’une autre - G0 : est accolée au cycle cellulaire : phase quiescente. quiescente. La cellule attend le signal de division pour entrer de nouveau dans le cycle cellulaire. Cette phase est très particulière et n’appartient pas à proprement parler au parler au cycle. Elle se situe au début de G1 - G1 : est une phase de croissance croissance,, de préparation de la réplication - S : est une phase de synthèse de l’ADN - G2 : est une phase de croissance qui prépare la mitose La cellule peut donc choisir entre plusieurs voies : prolifération (cycle cellulaire), sénescence (G0), apoptose ou différenciation. différenciation. Une cellule différencier n’est différencier n’est plus dans le cycle cellulaire, cellulaire, elle ne prolifère plus. plus. La phase G1 (gap 1) : - Quantité d’ADN constante - Phase très variable en temps - Les mécanismes qui contrôlent la prolifération et la différentiation interviennent au niveau de G1 - Décision de poursuite ou non du cycle cellulaire - Synthèse des ARN (m, r et t) transcription - Réparation des anomalies qui ont pu apparaitre au niveau de l’ ADN. ADN. Si impossible sortie du cycle, direction apoptose - La phase G1 est divisée en deux : G1-PM (post mitose) o G1-MS (pré synthèse) o - Leurs duré est variables, variables, elles sont séparées par le point R (restriction restriction)) ou G et elles peuvent à ce moment-là rentrer en G0 - R est le point d’entrer ou de sorti du cycle cellulaire - La progression en G1 est fonction des facteurs de croissance, croissance, si il n’y a pas de facteur f acteur de croissance le cycle s’ s’arrête arrête (entrer de la cellule en G0) - Après le point R la cellule est indépendante et n’a plus besoin des facteurs - La durée de G1 est très variable et est caractéristique des cellules, cellules, certaines vont y rester toute leurs vie (G0), kératinocyte 87H, érythroblaste 1H Page 1 sur 8 sur 8
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Selon le type de cellule : Cellules hautement spécialiser reste spécialiser reste en G0 (ex : neurones neurones)) o Cellules très différencier , division rare, rare, sorte de G0 qu’en cas de traumatisme o pour réparer (ex : cellules hépatiques) hépatiques) Cellules à renouvèlement « normale » G1 courte (ex : épithéliales épithéliales)) o Cellules souches G1 très courte, courte, peuvent se différencier en plusieurs types o cellulaires
La phase S : - Réplication de l’ADN - Quantité d’ADN doublée à la fin La phase G2 : - Plus courte - Débute après la fin de la réplication - Cellule tétraploïde (Double qtt d’ADN) - Phase de préparation de la mitose La phase M : - Voire cours de TS (prophase prophase,, métaphase métaphase,, anaphase et télophase télophase)) Phases du cycle G1 S G2 M
Réplication ADN + corrections NON OUI NON NON
Transcription
Traduction P
Réparation ADN
OUI OUI OUI NON
OUI OUI OUI NON
OUI NON OUI NON
Les méthodes d’études du cycle : - Utilisation en cancérologie pour évaluer pour évaluer l’efficacité l’efficacité des traitements - L’index mitotique : o % de nombre de cellules en mitose par par rapport rapport au nombre totale de cellules de l’échantillon o On incorpore des bases radioactives en phase S - Détermination de la durée des phases : o Marqueur radioactif Marqueur radioactif :: thymidine tritiée. tritiée. Durée de la phase S est proportionnel à la durée du cycle cellulaire o o Ex : 30% des cellules sont en phase S : la phase S représente 30% de la durée totale du cycle. T0 : pulse de thymidine tritiée, aucune cellule radioactive en mitose, temps court o Chase : cellules incubées dans un milieu non marqué de durée variable o Fixation et préparation des autoradiographies o Observation, pourcentage de mitoses marquées Cellules arrivent en G2 puis mitose, m itose, observation des premières mitoses marquées : G2 + S. S. La première cellule radioactive en mitose est celle qui a intégré la thymidine tritiée en S. o
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Détermination de la durée du cycle : M : différence du temps entre l’arrivée des cellules radioactives en microscopie o optique et leur sortie
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Sachant que la durée de la phase S est de 30% de la durée totale d’un cycle, on évalue la durée de la phase S G1 = durée du cycle – cycle – [M + (G2 +S)] o G2 = (G2+S) – (G2+S) – S o Analyse en cytométrie de flux : o
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On étudie le nombre de cellules en phase G1, en phase S, et en phase G2 ou M selon leur quantité d’ADN. d’ADN. S’il y a des pics entre 0 et 1 se sont des débris de cellules mortes. Le MPF :
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Découvert par Clement Markel et Yoshio Masui Recherche de facteurs cytoplasmiques régissant le comportement du noyau méiotique de l’ovocyte de grenouille. La méiose dans les ovocytes de grenouille s’arrête en prophase de la méiose I. I. Réactivation de la méiose quand les ovocytes sont traités par la progestérone progestérone.. Transfert à des ovocytes en G2 non stimulés de cytoplasme d’ovocytes ayant subi une stimulation hormonale. hormonale. Ces ovocytes peuvent se diviser en diviser en passant de la phase G2 à la phase M. Le facteur permettant ce passage est appelé MPF MPF.. Caractéristiques du MPF o Des phénomènes de phosphorylations phosphorylations,, déphosphorylations interviennent dans son fonctionnement. o Il existe des phases de synthèse et de dégradation protéique liés au MPF. Un inhibiteur de synthèse protéique fait perdre à la cellule son activité MPF, MPF, il bloque le cycle cellulaire. L’action du MPF nécessite donc une u ne synthèse protéique. protéique.
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1) Cette étape n’est pas bloquée car il y a un apport exogène en protéines. protéines. 2) Cette étape est bloquée car le renouvellement protéique n’a pas lieu. lieu. Le contrôle du cycle cellulaire : - Points de contrôles :
Point R : la cellule est-elle suffisamment grande ? l’environnement l’environnement est-il favorable ? Fin de G2 : o l’ADN est-il est-il entièrement répliqué ? l’environnement l’environnement est-il favorable ? la cellule est-elle suffisamment grande ? l’ADN a-t-il a-t-il été correctement répliqué ? o Sortie de M : Tous les chromosomes sont-ils alignés ? Le modèle de la levure : o
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o o o o
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Saccharomyces Saccharomyces cerevisiae Haploïde et diploïde Mutant thermosensible Leland Hartwell : découverte de gènes impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire : gènes CDC (cell division cycle)
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Paul Nurse : découverte d’un gène contrôlant la transition G1/S puis un autre pour G2/M. En 1987, découverte de l’équivalent humain : CDK1 (cyclin dependent kinase) Activation des CDK dépendante d’une phosphorylation phosphorylation o o Tim Hunt : découverte des cyclines Cyclines : protéines formées et dégradées au cours du cycle cellulaire dont la o concentration varie en fonction du cycle cellulaire. Le franchissement des points de contrôle dépend de l’interaction entre : Les protéines CDK o o Les cyclines Les protéines CDKI (cycline dependent kinase inhibitors) : p53 p53,, p21 et p16 p16.. Ils o permettent de bloquer le cycle cellulaire. cellulaire. o
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MPF : complexe CDK1-cycline B (chez l’humain l’ humain)) = complexe CDC2-cycline B (chez les levures)) levures
Pour passer d’une phase à une autre, on a une augmentation de l’activité kinase kinase.. CDK-1 reste constante ACT, ACT, ce qui varie c’est sa phosphorisation et sa déphosphorylation La quantité de cycline B elle varie. varie. 1 CDK peut s’associer à différents cyclines.
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CDC 2 (= CDK1 chez H) o A une activité kinase sur : Les fuseaux L’enveloppe L’enveloppe nucléaire (phosphorylation des lamines) Histone H1 (donc structure ADN) ADN) Inhibition des phénomènes de transcription et traduction
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Facteur de transcription E2F :
o
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E2F se fixe sur le promoteur du promoteur du gène (sur un palindrome). Cette fixation active le gène, et provoque la synthèse et l’activation des gènes de la phase S. S.
Régulation de Rb (retino blastum) au cours de la phase G1 :
o
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Rb est un inhibiteur du inhibiteur du passage en S, la phosphorylation permet son inactivation
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En phase G1, le cycle est arrêté car Rb n’est pas phosphorylé et e2f n’est pas activé. Par l’action de CDC2-cycline B (Ici pas MRP), MRP), Rb est phosphorylé phosphorylé,, e2f est activé activé,, on passe en S. Rb bloque l’interaction entre e2f et le complexe d’initiation de la transcription : action inhibitrice. Les CDK et les cyclines peuvent intervenir à différents points du cycle.
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P53 :
o o
o
o
Gène p53 : suppresseur de tumeurs Le taux de p53 augmente lorsque l’ADN est endommagé endommagé.. P53 peut alors conduire la cellule vers l’apoptose l’apoptose,, stimuler la réparation de l’ADN ou provoquer l’arrêt l’arrêt du cycle. cycle. L’arrêt en G1 est en effet induit par p53 qui active la transcription du gène Cip1 codant pour p21 pour p21,, inhibiteur des CDK/cyclines. Retino blastum : tumeur tumeur sur sur le nerf optique, les malades sont aveugles. Héréditaire. Des mutations sur le gène de la p53 sont souvent impliquées.
Si le cycle ne peut pas être bloqué, on a une formation de tumeurs tumeurs.. Page 7 sur 8 sur 8
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A chaque complexe correspond correspond un inhibiteur. P16 est impliquée dans les cancers du côlon. Ces deux protéines font partie de la famille des INK4 : inhibiteurs des kinases 4.
Chaque protéine d’inhibition a un mode d’action différent. Phases du cycle
Complexe cycline/CDK
G1
Cycline D / CDK4 et Cycline D / CDK6
G1/S
Cycline E / CDK2
S
Cycline A / CDK2
G2/M
Cycline B / CDK1
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Effets du complexe Inactive la protéine Rb ce qui libère des facteurs de transcriptions E2F qui contrôle la transcription t ranscription des gènes nécessaires pour la transition G1/S et pour la poursuite de S (synthèse de Cycline A et E entre autre) Transition G1/S phosphoryle la protéine Rb. Induit la duplication du centrosome dans certains cas Phosphoryle des substrats qui déclenche et entretiennent la réplication de l’ADN et l’inactivation des facteurs de transcription transcription de la phase G1. Induit la duplication du centrosome chez les mammifères. Arrêt de la dégradation de la cycline cycline B qui s’accumule Dirige la transition G2/M en phosphorylant de nombreux substrats et contrôle la mitose
