Fiche de révision : Cycle cellulaire et régulation

📋 Plan du Cours

1. Concept et principes du cycle cellulaire
2. Divisions procaryotes et eucaryotes
3. Phases, quiescence et restriction
4. Méthodes d’étude du cycle cellulaire
5. Cytométrie et quantité d’ADN
6. Contrôle et points de vérification
7. CDK et mécanismes de régulation
8. Cyclines et transitions du cycle

📅 Repères chronologiques

1. 1953Watson et Crick expliquent la réplication exacte du matériel génétique par leur modèle de la double hélice.
2. 1958Meselson et Stahl démontrent la réplication exacte du matériel génétique.
3. 1974Pardee propose l’existence d’un point de contrôle que les cellules doivent franchir avant d’entrer en phase S. - A restriction point for control of normal animal cell proliferation, 1974
4. 2001Lee Hartwell, Paul Nurse et Tim Hunt reçoivent le prix Nobel pour leurs travaux sur le contrôle du cycle cellulaire.

📖 1. Concept et principes du cycle cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Mécanisme par lequel une cellule duplique son contenu puis se divise en deux cellules.

★ À maîtriser

• Les caractéristiques universelles du cycle cellulaire sont : la réplication de l’ADN, la ségrégation des chromosomes dupliqués, la cytokinèse qui divise la cellule en deux cellules filles

Compléments

📌 La division binaire est courante dans les cellules, tandis que le bourgeonnement se rencontre notamment chez quelques levures.

💡 Astuce mémo

Dupliquer le contenu, séparer les copies, puis diviser la cellule.

📖 2. Divisions procaryotes et eucaryotes

★ À maîtriser

📌 Les procaryotes ont une origine de réplication, attachent chaque copie d’ADN à la membrane, ne présentent pas de condensation visible de l’ADN et n’ont pas de structures spécialisées pour séparer les chromosomes.

📌 Les eucaryotes possèdent plusieurs origines de réplication, condensent puis décondensent leur ADN et utilisent un fuseau mitotique pour séparer les chromosomes.

• Chez les bactéries, les chloroplastes et quelques mitochondries, FtsZ polymérise en anneau pour définir et contrôler le site de division cellulaire.

Compléments

• Chez les procaryotes, la fission cellulaire se produit entre les sites où l’ADN est lié à la membrane.

💡 Astuce mémo

FtsZ forme l’anneau bactérien ; le fuseau sépare les chromosomes eucaryotes.

📖 3. Phases, quiescence et restriction

★ À maîtriser

📌 L’interphase comprend G1, S et G2, tandis que la phase M correspond à la ségrégation des chromosomes et à la division cellulaire.

• La phase S dure environ 8 heures, la phase M environ 1 heure et l’interphase environ 23 à 24 heures.

📌 Les cellules en G0 sont quiescentes et peuvent reprendre le cycle, tandis que les cellules différenciées terminalement et les cellules sénescentes ne peuvent pas y retourner.

📌 Avant le point de restriction, les cellules ont besoin de facteurs de croissance, tandis qu’après l’avoir franchi elles progressent vers S-G2-M sans en avoir besoin.

Compléments

• Pendant G1 et G2, la cellule croît et vérifie que les conditions internes et externes sont adéquates avant la synthèse de l’ADN et la mitose, respectivement.

💡 Astuce mémo

G0 peut être réversible ; différenciation terminale et sénescence correspondent à une sortie durable.

📖 4. Méthodes d’étude du cycle cellulaire

★ À maîtriser

• Les principales méthodes d’étude du cycle cellulaire sont :
  • l’observation directe des cellules en phase M
  • l’incorporation de thymidine tritiée
  • l’incorporation de BrdU
  • le marquage de PCNA
  • la cytométrie de flux

Compléments

• La plupart des cellules en culture prolifèrent de façon non synchronisée et l’incorporation de BrdU peut marquer 30 à 50 % des cellules en phase S.

• Chez l’adulte in vivo, la prolifération est limitée et l’incubation au BrdU peut devoir durer une semaine pour observer les cellules proliférantes.

• PCNA est un marqueur endogène de prolifération qui augmente en G2/M et diminue en G0.

📖 5. Cytométrie et quantité d’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytométrie de flux : Méthode optique qui quantifie des cellules et mesure leurs composantes en analysant une suspension cellulaire passant cellule par cellule devant un rayon laser.

★ À maîtriser

• L’iodure de propidium marque l’ADN, et l’intensité de fluorescence mesurée dépend de la quantité d’ADN cellulaire.

• Les cellules G1 sont diploïdes, tandis que les cellules G2 et M ont complètement dupliqué leur ADN et sont tétraploïdes, avec une fluorescence double de celle de G1.

Compléments

• La dispersion directe de la lumière sert à compter les cellules et à mesurer leur taille, tandis que la dispersion angulaire renseigne sur les propriétés de leur surface, notamment la granulation et les irrégularités.

💡 Astuce mémo

Un pic G1, une montée pendant S, puis un pic G2/M au double.

📖 6. Contrôle et points de vérification

📝 Points essentiels

📌 Le cycle cellulaire est ordonné par un contrôleur qui décide la succession et la durée des étapes, et non par un enchaînement automatique de type domino.

📌 Chaque événement du cycle cellulaire se produit une seule fois par cycle, et la mitose ne commence qu’après la fin de la phase S.

• Les points de vérification peuvent arrêter le cycle lorsque les systèmes cellulaires détectent des erreurs.

💡 Astuce mémo

Le contrôleur de la laveuse n’enchaîne l’étape suivante qu’après vérification.

📖 7. CDK et mécanismes de régulation

★ À maîtriser

• Les CDK sont des kinases dépendantes des cyclines, et le MPF correspond à un complexe CDK-cycline capable d’induire la maturation des ovocytes de Xenopus.

• Les CDK sont régulées par :

  • l’association aux cyclines
  • la phosphorylation
  • la déphosphorylation
  • les inhibiteurs de CDK appelés CKI

• La liaison d’une cycline induit un changement de conformation de la CDK qui déplace la boucle T hors du site actif et active l’enzyme.

Compléments

• Tim Hunt découvre les cyclines, dont les niveaux varient au cours du cycle cellulaire, tandis que Paul Nurse identifie une protéine kinase essentielle au contrôle du cycle.

• La structure des CDK comprend un lobe N-terminal, un lobe C-terminal, un site actif entre les deux lobes contenant l’ATP et une boucle T qui inhibe l’enzyme en bloquant l’accès au site actif.

• La structure des protéines de la famille CDK est conservée chez les eucaryotes.

📖 8. Cyclines et transitions du cycle

★ À maîtriser

• Chez Saccharomyces cerevisiae, une seule CDK s’associe à différentes cyclines exprimées à des étapes spécifiques pour phosphoryler des substrats distincts et réguler les événements correspondants du cycle.

• Chez les mammifères, les cyclines :
  • G1 accélèrent le passage en G1
  • S sont requises pour initier la réplication de l’ADN
  • M stimulent les événements de mitose

• Chez les mammifères, Cdk4 et Cdk6 contrôlent G1, Cdk2 contrôle la transition G1-S et la phase S, et Cdk1 contrôle la phase M.

Compléments

• Les souris knockout de CDK2, CDK4 ou CDK6 sont viables, mais les souris double mutantes CDK4/CDK6 meurent durant les dernières étapes du développement d’une anémie sévère.

• Les complexes cycline D-CDK4/6 sont nécessaires à certains tissus, notamment aux cellules souches hématopoïétiques et au cœur, tandis que la cycline E peut compenser l’absence de cyclines D dans des cellules knockout.

💡 Astuce mémo

Cyclines G1, G1/S, S puis M orientent les CDK vers les événements successifs.

📊 Tableaux de synthèse

Phases du cycle eucaryote