Fiche de révision : Division cellulaire et régulation

📋 Plan du Cours

1. Caractéristiques du cycle cellulaire
2. Phases générales du cycle
3. Phase G1 et point de restriction
4. Réplication en phase S
5. Préparation de la mitose en G2
6. Protéines de régulation du cycle
7. Points de contrôle G1/S et G2/M
8. Déroulement de la mitose
9. Cytodiérèse et centrosomes
10. Contrôle métaphase-anaphase

📖 1. Caractéristiques du cycle cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Séquence ordonnée d’évènements au cours de laquelle le contenu cellulaire est doublé puis la cellule est divisée en deux.

★ À maîtriser

• La division, la prolifération et la différenciation cellulaires assurent la mise en place des tissus et la croissance pendant le développement, puis le remplacement des cellules chez l’adulte.

📌 La division cellulaire est fortement régulée afin d’éviter notamment l’apparition de la cancérisation.

Compléments

• Dans l’épiderme, des cellules souches de la couche basale entrent en cycle si nécessaire, colonisent les couches supérieures, puis cessent de se diviser et se différencient progressivement.

💡 Astuce mémo

Division régulée → croissance, renouvellement et prévention de la cancérisation

📖 2. Phases générales du cycle

🔑 Notions clés & Définitions

• Interphase : Phase de croissance qui représente environ 90 % du temps du cycle cellulaire et comprend les phases G1, S et G2.

📝 Points essentiels

• En 1882, Walter Flemming décrit les phases du cycle cellulaire en distinguant la mitose et l’interphase grâce à l’observation microscopique des cellules.

• La lettre S désigne la synthèse de l’ADN, tandis que la lettre G vient de l’anglais gap et désigne les phases G1 et G2.

💡 Astuce mémo

G1 → S → G2 → M

📖 3. Phase G1 et point de restriction

★ À maîtriser

• La phase G1 est la phase la plus longue et la plus variable du cycle cellulaire, et sa durée dépend du type cellulaire.

📌 En G1, une cellule peut poursuivre le cycle et se diviser, ou sortir du cycle vers un état de quiescence temporaire ou permanente appelé G0.

📌 Le passage du point de restriction R de G1 à S engage irréversiblement la cellule dans le mécanisme de division cellulaire.

Compléments

• Dans une cellule somatique humaine diploïde, la phase G1 contient 2n chromosomes, soit 46 chromosomes avec n égal à 23.

📌 Avant l’entrée en phase S, la cellule doit contrôler son environnement et sa taille, cette dernière devant doubler.

💡 Astuce mémo

G1 : poursuivre le cycle ou sortir en G0

📖 4. Réplication en phase S

🔑 Notions clés & Définitions

• Phase S : Phase de réplication ou de synthèse de l’ADN, pendant laquelle la quantité d’ADN double progressivement.

★ À maîtriser

• La réplication de l’ADN commence aux origines de réplication et se déroule de manière asynchrone, certains réplicons répliquant précocement et d’autres tardivement.

• Les centrosomes se dupliquent pendant la phase S et garantissent ensuite la mise en place du fuseau mitotique ainsi que la répartition équitable des chromosomes.

Compléments

• À un moment donné de la phase S, seuls 10 à 15 % des réplicons synthétisent activement l’ADN.

• Les caractéristiques des foyers de réplication sont:

  • jusqu’à 10 000 foyers de réplication
  • une activité d’environ 30 minutes
  • une phase S de 8 à 10 heures
  • 5 à 6 origines de réplication par foyer

• Pendant la phase S, la synthèse de l’ADN est couplée à celle des histones, qui assurent la compaction de l’ADN et la mise en place de la chromatine.

📖 5. Préparation de la mitose en G2

📝 Points essentiels

• À la fin de la phase S, une cellule humaine diploïde possède toujours 2n chromosomes, mais chacun est constitué de deux chromatides et la quantité d’ADN est de 4C.

• En G2, les enzymes nécessaires à l’entrée en mitose s’accumulent et deviennent progressivement actives jusqu’à atteindre une quantité critique.

📌 En G2, un point de contrôle est activé lorsqu’un ADN endommagé est détecté ; si la réparation est impossible ou incorrecte, la cellule peut déclencher l’apoptose.

💡 Astuce mémo

ADN endommagé non réparable → apoptose

📖 6. Protéines de régulation du cycle

🔑 Notions clés & Définitions

• Cdk : Protéines kinases qui doivent s’associer à une cycline pour être actives ; dans les cellules proliférantes, leur concentration reste constante pendant le cycle mais leur activité est transitoire.
• CDKI : Protéines inhibitrices qui arrêtent le cycle à des points de contrôle en régulant négativement les couples cycline-Cdk.

★ À maîtriser

• Les points de contrôle surveillent:

  • la transition G1/S
  • la transition G2/M
  • la transition métaphase-anaphase
  • la qualité de l’ADN
  • l’exactitude de sa réplication
  • l’achèvement de la réplication
  • la position des chromosomes

• L’activité des Cdk dépend de:

  • l’association aux cyclines
  • les phosphorylations activatrices
  • les phosphorylations inhibitrices
  • les déphosphorylations
  • les protéines inhibitrices CKI

• Les cyclines s’associent spécifiquement aux Cdk, leur concentration augmente puis chute brutalement par polyubiquitinylation et destruction par le protéasome grâce à leur boîte de dégradation reconnue par les protéines DBRP.

📌 P21 se lie à la cycline et bloque la poche de l’ATP, tandis que P16 empêche la fixation de la cycline à la Cdk ou gêne l’utilisation de l’ATP.

Compléments

• Dans les cellules humaines, 20 Cdk sont connues, mais toutes ne participent pas à la régulation du cycle cellulaire.

• Les Cdk possèdent une structure bilobée avec un site de fixation pour la protéine cible et un site de fixation pour l’ATP, qui doivent être accessibles pour permettre leur action.

• Les protéines P16 et P21 sont les CDKI les plus connues et sont particulièrement importantes dans le contrôle des phases G1 et S.

💡 Astuce mémo

Cdk constantes mais activité transitoire ; cyclines variables

📖 7. Points de contrôle G1/S et G2/M

🔑 Notions clés & Définitions

• MPF : Couple cycline-Cdk spécifique de la phase M qui contrôle l’entrée en mitose en phosphorylant des protéines associées aux chromosomes, à l’enveloppe nucléaire, aux nucléoles et aux centrosomes.

★ À maîtriser

📌 Le point de restriction R est contrôlé par Rb, E2F et les complexes cycline-Cdk de la transition G1/S ; son franchissement rend la progression dans le cycle irréversible.

📌 La protéine Rb, produit d’un gène suppresseur de tumeur, bloque le cycle en s’associant au facteur de transcription E2F et en maintenant la cellule en G1.

• La phosphorylation de Rb par un complexe cycline-Cdk de G1/S dissocie Rb d’E2F, permettant à E2F libre d’induire les gènes nécessaires à la progression en phase S.

• Lors d’une lésion de l’ADN, la stabilisation de p53 augmente l’expression de la CKI p21, ce qui inhibe les complexes cycline-Cdk de G1/S et arrête le cycle ; si la perturbation persiste, l’apoptose peut être activée.

• En phase S et G2, la cycline de la phase M s’accumule et forme des couples cycline-Cdk inactifs ; en fin de G2, Cdc25 et une phosphorylation activatrice lèvent les inhibitions et déclenchent l’entrée en mitose.

Compléments

📌 Après l’engagement de la phase S, E2F est inactivée par phosphorylation par le complexe cycline-Cdk spécifique de S, qui régule aussi les ADN polymérases via le cofacteur PCNA.

📌 Lors d’une lésion de l’ADN en G2, Cdc25 est phosphorylée et séquestrée dans le cytoplasme, tandis que p53 contribue à maintenir l’arrêt en inhibant le couple cycline-Cdk de la phase M.

💡 Astuce mémo

Lésion de l’ADN → p53 → p21 → arrêt du cycle

📖 8. Déroulement de la mitose

🔑 Notions clés & Définitions

• Mitose : Phase M au cours de laquelle le matériel génétique est réparti de façon identique dans les deux cellules filles.

★ À maîtriser

📌 La mitose comprend une caryodiérèse, qui divise le noyau, et une cytodiérèse, qui divise le cytoplasme.

• La prophase condense progressivement la chromatine en chromosomes à deux chromatides, fait disparaître les nucléoles et met en place le fuseau mitotique à partir des centrosomes.

• La prométaphase commence par la rupture de l’enveloppe nucléaire ; les kinétochores capturent ensuite les microtubules provenant des pôles opposés du fuseau.

• En métaphase, les chromosomes s’alignent à égale distance des pôles sur la plaque équatoriale et les microtubules ont une longueur stable car leurs vitesses de polymérisation et de dépolymérisation sont égales.

• L’anaphase commence par le clivage des centromères, qui sépare les chromatides sœurs et forme deux lots de chromosomes identiques migrant vers les pôles.

• En télophase, les chromosomes atteignent les pôles, se décondensent, le fuseau disparaît et l’enveloppe nucléaire, l’appareil de Golgi et le réticulum endoplasmique se reforment.

Compléments

• Pendant l’anaphase, les microtubules polaires s’allongent tandis que les microtubules kinétochoriens raccourcissent, ce qui éloigne les pôles du fuseau.

💡 Astuce mémo

Prophase → prométaphase → métaphase → anaphase → télophase

📖 9. Cytodiérèse et centrosomes

🔑 Notions clés & Définitions

• Centrosome : Centre organisateur des microtubules situé près du noyau, constitué de deux centrioles perpendiculaires plongés dans un matériel péricentriolaire.

📝 Points essentiels

• Les centrosomes se dupliquent pendant la phase S, restent d’abord côte à côte, se séparent pendant la mitose et sont répartis à raison d’un centrosome dans chaque cellule fille.

• La cytodiérèse débute à l’anaphase par la formation d’un anneau contractile d’actine et de myosine II sous la membrane plasmique, à égale distance des asters.

• En fin de télophase, la contraction de l’anneau invagine la membrane en un sillon de division qui se resserre jusqu’à séparer les deux cellules filles.

💡 Astuce mémo

Un anneau d’actine se resserre comme une ceinture autour de la cellule

📖 10. Contrôle métaphase-anaphase

🔑 Notions clés & Définitions

• APC/C : Complexe qui polyubiquitinyle des protéines mitotiques afin de permettre leur destruction ciblée par le protéasome.

📝 Points essentiels

📌 En métaphase, l’attachement correct de tous les chromosomes au fuseau est indispensable au déclenchement de l’anaphase ; un chromosome non attaché bloque la séparation de toutes les chromatides sœurs.

• Les cohésines maintiennent les deux chromatides sœurs réunies le long de leurs bras pendant la métaphase.

• L’activation de l’APC/C détruit la sécurine, libère la séparase, puis la séparase clive les cohésines, ce qui permet la séparation des chromatides sœurs et le déclenchement de l’anaphase.

• La sortie de mitose nécessite l’inactivation du couple cycline-Cdk de la phase M, notamment par dégradation de la cycline M par l’APC/C et phosphorylation inhibitrice de la Cdk, ce qui permet la décondensation des chromosomes et la reformation de l’enveloppe nucléaire.

💡 Astuce mémo

APC/C activé → sécurine détruite → séparase libérée → chromatides séparées

📊 Tableaux de synthèse

Phases du cycle cellulaire

Régulateurs du cycle