Cycle cellulaire

• Le cycle cellulaire est régulé de manière très fine ce qui permet de s'assurer du maintien quantitatif et qualitatif de l'information génétique. Il a une durée variable selon le type cellulaire qui est uniquement dû à la phase G1.
• Une cellule dans le cycle cellulaire va avoir plusieurs devenirs :

  • Différenciation
  • Apoptose
  • Sénescence
  • Quiescence ( reste en phase G0 )
• Phase G1 :

  Quantité d'ADN reste fixe -> 2n

  Est une phase de croissance cellulaire et de différentiation

  Activités transcriptionnelle et traductionnelle importante

  Durée variable selon le type cellulaire, des signaux extracellulaires et externes
• Une fois en G1 la cellule peut s'engager en phase S ou aller en G0

  • Acteurs majeurs de la phase G1 : pRb ( protéine rétinoblastome) E2F ( facteur de transcription)
• E2F = facteur de régulation de la transcription. Gouverne l'expression des gènes impliqués dans G1 et S. Permet la synthèse de nombreuses protéines impliquées dans le cycle cellulaire.

  Normalement E2F est inactif car lié à pRb. Il faut que pRb soit phosphorylée (ici rendue inactive) pour qu' E2F soit détachée et devienne actif.

  
• Phase S :

  Phase de réplication de l'ADN : 2n à 4n.

  Quantité d'ADN double.

  Erreurs de réplication de l'ADN corrigée par mécanisme de correction sur épreuve

  Transcription et traduction maintenues mais moins importantes qu'en G1.
• Phase G2: quantité d'aDN reste fixe 4n. Encore un peu de transcription et traduction.
• Phase M ( Mitose ) :

  Phase de division cellulaire.

  PAS de transcription/traduction et PAS de réparation de l'ADN sauf en prophase
• Phases de la mitose

  
• Les méthodes d'études du cycle cellulaire :

  • Cytométrie en flux = quantifier l'ADN dans les cellules
  • Méthode de bromodéoxyuridine ( BrdU) = marqueur de réplication de l'ADN
  • B-galactosidase acide = quantification de cellules sénescentes
• Cdk ( kinases dépendantes des cyclines) :

  Protéines kinases qui ont une fonction de phosphorylation. Plus précisément une sérine-thréonine kinase ( va phosphoryler une sérine ou une thréonine au niveau cible protéique ) -> modification de l'activité enzymatique de la protéine.

  2 sites de fixation :

  • Un pour fixer la protéine à phosphoryler
  • Un pour fixer l'ATP

  Cdk doit se lier avec une cycline pour être activée.

  Son activité va être cyclique = dépend de son état de phosphorylation et de déphosphorylation.

  Sa concentration est constante au cours du cycle cellulaire ( pas son activité )

  
• Les cyclines :

  Subissent un cycle de synthèse/ dégradation au cours de chaque cycle cellulaire. Leur concentration varie au cours du cycle.

  On a différentes cyclines en fonction de la phase du cycle.

  Leur dégradation se fait dans le protéasome après ubiquitinylation.
• G1 = Cycline D :

  Aide à coordonner la croissance de la cellule et son entrée dans un nouveau cycle cellulaire.
• G1/S = Cycline E

  Active Cdk dans la phase G1 et aide à franchir le point de restriction. Ensuite engagement irréversible de la cellule dans le cycle cellulaire.
• S = Cycline A

  Stimule duplication des chromosomes
• M = Cycline B :

  Active les Cdk qui stimulent l'entrée en mitose au niveau du point de transition G2/M
• Les complexes cyclines/Cdk :

  Ce sont des complexes kinases qui vont avoir une activité kinase apportée par la Cdk.

  • Sous unité catalytique= Cdk
  • Régulatrice = Cycline car concentration varie.

  
• G1 = Complexe Cycline D/Cdk 4 et Cycline D/Cdk 6 :

  Phosphorylation et donc inactivation de pRb pour entraîner la libération de E2F.
• G1/S = complexe Cycline E/Cdk 2 :

  Transition G1 / S et continue la phosphorylation de pRb.
• S = complexe Cycline A/Cdk 2 :

  • Phosphoryle les substrats qui déclenchent et entretiennent la réplication de l'ADN et l'inactivation des facteurs de transcription de la phase G1 car elle est finie on a plus besoin de ses acteurs.
  • Induit la duplication du centrosome
  • Arrêt de la dégradation de la cycline B qui va commencer à s'accumuler à la fin de la phase S. Cette cycline B intervient pour la mitose grâce au complexe cycline B/Cdk1
• G2/ M = complexe B/Cdk 1 :

  Dirige transition G2 -> M permet l'entrée en mitose par phosphorylation de substrats ( lamine, tubuline qui permet leur polymérisation en microtubules) va provoquer une disparition de l'enveloppe nucléaire
• Le premier moyen de réguler le cycle cellulaire se fait grâce à la concentration en cyclines
• Les activateurs des Cdk :

  • La CAK ( protéine kinase ) est le complexe Cycline H/Cdk 7 : phosphorylation activatrice de Cdk qui va rendre accessible le site de fixation du substrat. Grâce à la CAK la Cdk va réguler l'activité de tous les complexes cyclines/Cdk.
  • La Cdc25 (phosphatase ) provoque une déphosphorylation activatrice. Enlève un phosphate qui va activer la Cdk au niveau de la poche à ATP pour qu'elle soit accessible à l'ATP. Active les Cdk 2,4,6 en G1, Cdk 1 en M.
• Les inhibiteurs des Cdk :

  • WEE 1 kinase qui phosphoryle Cdk pour interdire entrée ATP ( donc activité antagoniste de Cdc25). Va réguler Cdk 1 et Cdk 2.
  • CKI, 2 familles = cip/kip (p21 27) et INK4 (p16,15). p21,= se lie à Cdk et bloque site de fixation de l'ATP. Inhibe Cycline D/Cdk 4 ou 6 en G1, Cycline E/Cdk2 et A/Cdk2. p27 inhibe  Cycline E/Cdk2 et A/Cdk2. Agissent tout au long cycle cellulaire. p16 = se fixe Cdk 4 et Cdk 6 (G1) réduit leur affinité pour la Cycline D. Les complexes ne se formeront pas. p16 est activé par les signaux de sénescence, on l'utilise comme marqueur de sénescence.
• Schéma résumé du cycle cellulaire et ses acteurs .

  
• Premier point de contrôle = point de restriction R.

  Se situe en phase G1. On a phase G1 précoce, point de restriction et phase G1 tardif.

  • G1 précoce : la cellule à besoin de facteurs de croissance qui vont permettre transcription traduction des facteurs nécessaires à la phase G1. À force, il va y en avoir assez pour que la cellule les synthétise elle-même.

  DONC :

  • Avant R = cellule peut pas poursuivre seule son cycle, a besoin de facteurs mitogéniques.
  • Après RA = cellule indépendante, n'a plus besoin des facteurs, poursuit cycle cellulaire seule
• Les checkpoints :

  Contrôle qualité du cycle cellulaire. Si pas d'anomalie après la mitose au niveau de l'ADN.

  Arrêt du cycle cellulaire si :

  • Lésion de l'ADN
  • Anomalie réplication S
  • Mauvaise répartition des chromatides soeurs.

  2 possibilités :

  • Correction anomalie -> reprise du cycle
  • Persistance anomalie -> apoptose, sénescence.
• Outils pour détecter anomalies ADN et interrompre le cycle :

  • p53 = facteur régulateur de transcription= gène suppresseur de tumeur. Donc si augmentation et stabilisation p53 -> arrêt du cycle.
  • Les kinases = ATM et ATR. Activées lors de cassure ADN db ( ATM ) et sb ( ATR ). Aussi les kinases Chk-1 et Chk-2.
• DNA Damage Checkpoint : intervient aussi en S et en G2 donc PAS QUE pendant transition G1-S !!

  
• Point de contrôle G2/M :

  C'est le point de contrôle G2 ou réplication check point. Arrêt transitoire su cycle en G2 si anomalies de réplication. On vérifie si tout l'ADN est répliqué correctement et si on peut passer en mitose.

  
• Dernier Checkpoint = mitotic Checkpoint entre la métaphase et l'anaphase pour vérifier l'assemblage du fuseau au kinétochores afin d'éviter les erreurs de segrégation des chromosomes.
• Les chromatides soeurs sont maintenues entre elles par un complexe qui s' appelle la cohésine.

  APC activée par Cdc20 -> active séparase qui Clive la cohésine -> séparation des chromatides. La séparase est maintenue à un état inactif grâce à la sécurine(elle même dégradée par le complexe APC/C/Cdc20). Cependant si kinétochores mal attachés = activation mad2 qui inhibe le complexe APC/C/Cdc20.