Expériences de perturbation du cycle cellulaire - UPMC

INTRODUCTION
1. La théorie cellulaire et le cycle cellulaire
a. La théorie cellulaire
b. Le cycle cellulaire
2. Les différentes phases du cycle cellulaire
(exemple du cycle cellulaire d'une cellule de mammifère)
3. La logique du cycle cellulaire : les "points de contrôle"
a. Mise en évidence des points de contrôle (check-points)
b. Les différents points de contrôle du cycle cellulaire
4. Les "contrôleurs" du cycle cellulaire : les complexes cycline-CDK

OBSERVATIONS DE R. HOOKE (1665)

cellule
LE CYCLE CELLULAIRE
Diviser une cellule en deux impose une série d'évènements :
Ces évènements doivent intervenir dans un ordre précis et immuable.
C'est le cycle cellulaire.
Il faut donc un contrôle strict du déroulement des étapes du cycle cellulaire.
Il est assuré par des "points de contrôle" (check-point).
Etape 1
Etape 2
+
-
croissance
réplication
de l'ADN
signal senseur moléculaire
effecteurs
voie d'amplification
division
cellulaire
• étape 1 : déroulement normal et achèvement vérifiés
+ : autorisation de passage à l'étape suivante
• étape 1 : déroulement anormal (problème, retard) détecté
- : blocage de l'étape (réparation ou arrêt définitif)
cellule
cellule
"POINT DE
CONTROLE"

Mitose
M
LE CYCLE CELLULAIRE
4 tâches successives à accomplir durant le cycle :
• croissance de la masse cellulaire : phases G1 et S
• réplication de l'ADN : phase S
• ségrégation des chromosomes en deux lots identiques : phase M
G2
(4-5h)
Réplication
S
Mitose
• division de la cellule : phase M
Représentation classique d'un cycle cellulaire
S
(8-10h)
gap 1
G1
gap 2
G2
M
INTERPHASE MITOSE
M
(1h)
CYCLE CELLULAIRE
G1
(8-10h)
sortie du cycle
G0
gap 1
G1
retour au cycle
Réplication
S
différenciation
apoptose

MISE EN EVIDENCE DES POINTS DE CONTROLE
Expériences de fusion cellulaire
entre cellules à différents stades du cycle cellulaire
cellule en interphase x cellule en M
le noyau interphasique rentre toujours immédiatement en mitose
il existe un facteur cellulaire capable de déclencher la mitose
ce facteur mitotique est absent ou inactif dans les cellules interphasiques
il n'est présent ou actif qu'en mitose :
c'est sa synthèse ou son activation qui déclenche l'entrée en mitose
c'est sa dégradation ou son inactivation qui déclenche la sortie de mitose
cellule en G1 x cellule en S
le noyau G1 rentre immédiatement en réplication
il existe un facteur cellulaire capable de déclencher la réplication
alors que le noyau en S est en avance dans le cycle sur le noyau G1, il n'initiera
sa mitose que lorsque la réplication du noyau initialement en G1 sera terminée
il existe donc un mécanisme de contrôle qui surveille l'entrée en phase M
et qui ne l'autorise qu'après achèvement complet de la réplication
(mécanisme évitant une réplication partielle du génome)
cellule en S x cellule en G2
le noyau G2 ne re-rentre pas en réplication
alors même que la cellule en S contient un facteur inducteur de la réplication
(cf. expérience précédente)
il existe un mécanisme cellulaire capable d'inhiber une sur-réplication et
qui ne sera levé qu'en passant par une mitose, ce qui règle la question de
l'alternance réplication-mitose

MISE EN EVIDENCE DES POINTS DE CONTROLE
Expériences de perturbation du cycle cellulaire
cellule en G1 irradiée aux UV
lésion de l'ADN
passage en phase S retardé ou bloqué
cellule en G2 irradiée aux UV
lésion de l'ADN
passage en phase M retardé ou bloqué
cellule en M traitée au nocodazole
altération du fuseau mitotique
blocage en métaphase
cellule en M traitée par un faisceau laser
rupture de l'accrochage des chromosomes sur le fuseau mitotique
blocage en métaphase

POINTS DE CONTRÔLE DU CYCLE CELLULAIRE
Point de contrôle en fin de G2
inhibition d'une re-réplication
contrôle de l'état de l'ADN répliqué
contrôle de la duplication des centrosomes
si OK mise en route de la mitose
(activation de facteurs mitotiques)
Point de contrôle en fin de G1
contrôle de l'état de l'ADN
si OK mise en route de la réplication
(activation de facteurs inducteurs de la réplication)
Point de contrôle en métaphase
contrôle de l'état du fuseau mitotique
contrôle de l'accrochage des chromosomes au fuseau
contrôle du déroulement de la mitose
si OK mise en route de la sortie de mitose
G0
(état quiescent)
Point de restriction R
(point "START" chez la levure)
contrôle de la croissance cellulaire,
de l'intégrité de l'ADN
et de l'environnement cellulaire favorable
si OK engagement dans un cycle cellulaire

COMPLEXE CYCLINE-CDK
Les complexes cycline-CDK sont des kinases capables de phosphoryler des
protéines substrats. Ils sont constitués de deux sous-unités :
• cycline : sous-unité activatrice de la kinase
• CDK : sous-unité catalytique de la kinase
Cdc25
4 niveaux régulent leur activité kinasique transitoire.
Wee1
Myt1
Exemple du complexe cycline B-CDK1 (MPF)
P
P
tyr15
thr14
CDK1
thr161
CYCLINE B
• activé par : - son association avec la cycline B
- une kinase activatrice CAK (kinase activatrice de CDK)
- une phosphatase Cdc25
• inhibé par : - deux kinases Wee1 et Myt1
- une phosphatase KAP
- des protéines inhibitrices CKI (inhibiteurs de CDK)
Les cyclines ne sont synthétisées qu'à certaines phases du cycle cellulaire, puis
dégradées par le protéasome (voie ubiquitine-dépendante)
P
CKI
CAK
KAP
synthèse dégradation par le protéasome