Expériences de perturbation du cycle cellulaire - UPMC
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INTRODUCTION<br />
1. La théorie <strong>cellulaire</strong> et le <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong><br />
a. La théorie <strong>cellulaire</strong><br />
b. Le <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong><br />
2. Les différentes phases <strong>du</strong> <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong><br />
(exemple <strong>du</strong> <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong> d'une cellule <strong>de</strong> mammifère)<br />
3. La logique <strong>du</strong> <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong> : les "points <strong>de</strong> contrôle"<br />
a. Mise en évi<strong>de</strong>nce <strong>de</strong>s points <strong>de</strong> contrôle (check-points)<br />
b. Les différents points <strong>de</strong> contrôle <strong>du</strong> <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong><br />
4. Les "contrôleurs" <strong>du</strong> <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong> : les complexes cycline-CDK
OBSERVATIONS DE R. HOOKE (1665)
cellule<br />
LE CYCLE CELLULAIRE<br />
Diviser une cellule en <strong>de</strong>ux impose une série d'évènements :<br />
Ces évènements doivent intervenir dans un ordre précis et immuable.<br />
C'est le <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong>.<br />
Il faut donc un contrôle strict <strong>du</strong> déroulement <strong>de</strong>s étapes <strong>du</strong> <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong>.<br />
Il est assuré par <strong>de</strong>s "points <strong>de</strong> contrôle" (check-point).<br />
Etape 1<br />
Etape 2<br />
+<br />
-<br />
croissance<br />
réplication<br />
<strong>de</strong> l'ADN<br />
signal senseur moléculaire<br />
effecteurs<br />
voie d'amplification<br />
division<br />
<strong>cellulaire</strong><br />
• étape 1 : déroulement normal et achèvement vérifiés<br />
+ : autorisation <strong>de</strong> passage à l'étape suivante<br />
• étape 1 : déroulement anormal (problème, retard) détecté<br />
- : blocage <strong>de</strong> l'étape (réparation ou arrêt définitif)<br />
cellule<br />
cellule<br />
"POINT DE<br />
CONTROLE"
Mitose<br />
M<br />
LE CYCLE CELLULAIRE<br />
4 tâches successives à accomplir <strong>du</strong>rant le <strong>cycle</strong> :<br />
• croissance <strong>de</strong> la masse <strong>cellulaire</strong> : phases G1 et S<br />
• réplication <strong>de</strong> l'ADN : phase S<br />
• ségrégation <strong>de</strong>s chromosomes en <strong>de</strong>ux lots i<strong>de</strong>ntiques : phase M<br />
G2<br />
(4-5h)<br />
Réplication<br />
S<br />
Mitose<br />
• division <strong>de</strong> la cellule : phase M<br />
Représentation classique d'un <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong><br />
S<br />
(8-10h)<br />
gap 1<br />
G1<br />
gap 2<br />
G2<br />
M<br />
INTERPHASE MITOSE<br />
M<br />
(1h)<br />
CYCLE CELLULAIRE<br />
G1<br />
(8-10h)<br />
sortie <strong>du</strong> <strong>cycle</strong><br />
G0<br />
gap 1<br />
G1<br />
retour au <strong>cycle</strong><br />
Réplication<br />
S<br />
différenciation<br />
apoptose
MISE EN EVIDENCE DES POINTS DE CONTROLE<br />
<strong>Expériences</strong> <strong>de</strong> fusion <strong>cellulaire</strong><br />
entre cellules à différents sta<strong>de</strong>s <strong>du</strong> <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong><br />
cellule en interphase x cellule en M<br />
le noyau interphasique rentre toujours immédiatement en mitose<br />
il existe un facteur <strong>cellulaire</strong> capable <strong>de</strong> déclencher la mitose<br />
ce facteur mitotique est absent ou inactif dans les cellules interphasiques<br />
il n'est présent ou actif qu'en mitose :<br />
c'est sa synthèse ou son activation qui déclenche l'entrée en mitose<br />
c'est sa dégradation ou son inactivation qui déclenche la sortie <strong>de</strong> mitose<br />
cellule en G1 x cellule en S<br />
le noyau G1 rentre immédiatement en réplication<br />
il existe un facteur <strong>cellulaire</strong> capable <strong>de</strong> déclencher la réplication<br />
alors que le noyau en S est en avance dans le <strong>cycle</strong> sur le noyau G1, il n'initiera<br />
sa mitose que lorsque la réplication <strong>du</strong> noyau initialement en G1 sera terminée<br />
il existe donc un mécanisme <strong>de</strong> contrôle qui surveille l'entrée en phase M<br />
et qui ne l'autorise qu'après achèvement complet <strong>de</strong> la réplication<br />
(mécanisme évitant une réplication partielle <strong>du</strong> génome)<br />
cellule en S x cellule en G2<br />
le noyau G2 ne re-rentre pas en réplication<br />
alors même que la cellule en S contient un facteur in<strong>du</strong>cteur <strong>de</strong> la réplication<br />
(cf. expérience précé<strong>de</strong>nte)<br />
il existe un mécanisme <strong>cellulaire</strong> capable d'inhiber une sur-réplication et<br />
qui ne sera levé qu'en passant par une mitose, ce qui règle la question <strong>de</strong><br />
l'alternance réplication-mitose
MISE EN EVIDENCE DES POINTS DE CONTROLE<br />
<strong>Expériences</strong> <strong>de</strong> <strong>perturbation</strong> <strong>du</strong> <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong><br />
cellule en G1 irradiée aux UV<br />
lésion <strong>de</strong> l'ADN<br />
passage en phase S retardé ou bloqué<br />
cellule en G2 irradiée aux UV<br />
lésion <strong>de</strong> l'ADN<br />
passage en phase M retardé ou bloqué<br />
cellule en M traitée au nocodazole<br />
altération <strong>du</strong> fuseau mitotique<br />
blocage en métaphase<br />
cellule en M traitée par un faisceau laser<br />
rupture <strong>de</strong> l'accrochage <strong>de</strong>s chromosomes sur le fuseau mitotique<br />
blocage en métaphase
POINTS DE CONTRÔLE DU CYCLE CELLULAIRE<br />
Point <strong>de</strong> contrôle en fin <strong>de</strong> G2<br />
inhibition d'une re-réplication<br />
contrôle <strong>de</strong> l'état <strong>de</strong> l'ADN répliqué<br />
contrôle <strong>de</strong> la <strong>du</strong>plication <strong>de</strong>s centrosomes<br />
si OK mise en route <strong>de</strong> la mitose<br />
(activation <strong>de</strong> facteurs mitotiques)<br />
Point <strong>de</strong> contrôle en fin <strong>de</strong> G1<br />
contrôle <strong>de</strong> l'état <strong>de</strong> l'ADN<br />
si OK mise en route <strong>de</strong> la réplication<br />
(activation <strong>de</strong> facteurs in<strong>du</strong>cteurs <strong>de</strong> la réplication)<br />
Point <strong>de</strong> contrôle en métaphase<br />
contrôle <strong>de</strong> l'état <strong>du</strong> fuseau mitotique<br />
contrôle <strong>de</strong> l'accrochage <strong>de</strong>s chromosomes au fuseau<br />
contrôle <strong>du</strong> déroulement <strong>de</strong> la mitose<br />
si OK mise en route <strong>de</strong> la sortie <strong>de</strong> mitose<br />
G0<br />
(état quiescent)<br />
Point <strong>de</strong> restriction R<br />
(point "START" chez la levure)<br />
contrôle <strong>de</strong> la croissance <strong>cellulaire</strong>,<br />
<strong>de</strong> l'intégrité <strong>de</strong> l'ADN<br />
et <strong>de</strong> l'environnement <strong>cellulaire</strong> favorable<br />
si OK engagement dans un <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong>
COMPLEXE CYCLINE-CDK<br />
Les complexes cycline-CDK sont <strong>de</strong>s kinases capables <strong>de</strong> phosphoryler <strong>de</strong>s<br />
protéines substrats. Ils sont constitués <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux sous-unités :<br />
• cycline : sous-unité activatrice <strong>de</strong> la kinase<br />
• CDK : sous-unité catalytique <strong>de</strong> la kinase<br />
Cdc25<br />
4 niveaux régulent leur activité kinasique transitoire.<br />
Wee1<br />
Myt1<br />
Exemple <strong>du</strong> complexe cycline B-CDK1 (MPF)<br />
P<br />
P<br />
tyr15<br />
thr14<br />
CDK1<br />
thr161<br />
CYCLINE B<br />
• activé par : - son association avec la cycline B<br />
- une kinase activatrice CAK (kinase activatrice <strong>de</strong> CDK)<br />
- une phosphatase Cdc25<br />
• inhibé par : - <strong>de</strong>ux kinases Wee1 et Myt1<br />
- une phosphatase KAP<br />
- <strong>de</strong>s protéines inhibitrices CKI (inhibiteurs <strong>de</strong> CDK)<br />
Les cyclines ne sont synthétisées qu'à certaines phases <strong>du</strong> <strong>cycle</strong> <strong>cellulaire</strong>, puis<br />
dégradées par le protéasome (voie ubiquitine-dépendante)<br />
P<br />
CKI<br />
CAK<br />
KAP<br />
synthèse dégradation par le protéasome