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 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

• 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

Le contrôle du cycle cellulaire

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?

1) Points de contrôle

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

• Kinase : enzyme permettant d’ajouter un groupement phosphoryle à un composé• Phosphatase : enzyme permettant d’enlever un groupement phosphoryle à un composé

• Phosphorylation : ajout d’un groupement phosphoryle sur un composé organique• Déphosphorylation : suppression d’un groupement phosphoryle sur un composé organique

Le contrôle du cycle cellulaire

PP

P

phosphorylation déphosphorylation

P =

KINASE PHOSPHATASE

Active Inactive Active

Inactive Active Inactiveou

La phosphorylation induit des changements de conformation des protéines cibles et les actives ou les inhibes.

PP

PP P

ATP ADP

Les complexes cyclines/Cdk et régulations

cyclineCdk

ssu catalytique 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

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.

1) Régulation de l’activité des Cdk

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

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

BCdk1 BCdk1Wee1Myt1

Complexe actif Complexe inactif

kinases

MAIS, ce complexe doit être inactif pendant la phase G2.

Cdk1 B+ Cdk1 B

BCdk1

= phosphorylation

Complexe inactif

Complexe actif

CAK

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

BCdk1BCdk1 BCdk1Wee1Myt1

Cdc25

kinases phosphatase

Complexe actif Complexe inactif

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

RB

RB

P

protéine RB phosphorylée → E2F libre et active.

protéine RB non phosphorylée → E2F non libre et inactive.

Si

Si

PP

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 PHASES1- Prophase : condensation des chromosomes, fin: rupture de l’enveloppe nucléaire.2- Prométaphase : capture des chromosomes par les fibres du fuseaux3- Metaphase : formation de la plaque équatoriale4- 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 lachromatine (euchromatine et hétérochromatine) .

-Le rôle de l’appareil achromatique: fibres de MT etmoteurs moléculaires du cytosquelette.

•De nombreuses protéines interviennent dans ledéclenchement, la régulation et le contrôle de chaqueétape de la mitose.

•Il existe différentes pathologies de la mitose : spontanéesou provoquées.