Fiche de révision : Cycle cellulaire et contrôle de la mitose

📋 Plan du Cours

1. Organisation et objectifs du cycle
2. Phases du cycle cellulaire
3. Kinases CDK et cyclines
4. Protéolyse et ubiquitination
5. Points de contrôle du cycle
6. Premières étapes de la mitose
7. Anaphase et cytodiérèse
8. Régulation et point de contrôle
9. Compaction de la chromatine
10. Appareil mitotique et cellules filles
11. Finalité et brassages méiotiques
12. Prophase I et recombinaison
13. Transition métaphase-anaphase I
14. Pathologies de la méiose
15. Finalités et caractéristiques générales
16. Recombinaison de la prophase I
17. Morphologie de la division méiotique
18. Cohésines et condensines

📖 1. Organisation et objectifs du cycle

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Ensemble des mécanismes moléculaires qui contrôlent la division cellulaire.
• Division cellulaire : Mécanisme par lequel une cellule mère donne naissance à deux cellules filles de génome identique.
• Homéostasie tissulaire : L’homéostasie tissulaire résulte de l’équilibre entre la prolifération cellulaire contrôlée par le cycle et la mort cellulaire, notamment l’apoptose.

★ À maîtriser

📌 La différenciation oriente le métabolisme vers une ou quelques fonctions spécialisées, tandis que la prolifération mobilise les capacités métaboliques nécessaires au cycle cellulaire.

Compléments

• La prolifération cellulaire est nécessaire à la croissance de l’embryon, au remplacement des cellules perdues et à la cicatrisation des lésions tissulaires.

💡 Astuce mémo

Différenciation : fonction spécialisée ; prolifération : entrée en cycle

📖 2. Phases du cycle cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Phase S : Phase durant laquelle le génome nucléaire est répliqué, chaque chromosome devant être répliqué une seule fois.
• Phase M : La phase M sépare les chromosomes dupliqués en deux lots identiques et scinde la cellule en deux par cytodiérèse.

★ À maîtriser

• La phase G1 représente environ 70 % de la durée du cycle cellulaire et permet la croissance, le contrôle de l’ADN et l’intégration des signaux environnementaux.

📌 G0 est un état hors cycle qui peut être transitoire chez une cellule quiescente ou définitif chez certains neurones, tandis que la sénescence correspond à une évolution vers l’apoptose sans retour en cycle.

Compléments

📌 L’interphase regroupe les phases G1, S et G2, tandis que la phase M correspond à la mitose et à la cytodiérèse.

💡 Astuce mémo

G1 prépare, S réplique, G2 contrôle, M sépare

📖 3. Kinases CDK et cyclines

🔑 Notions clés & Définitions

• Kinases CDK : Paul Nurse, 2001 — Kinases dépendantes des cyclines, principalement CDK1, CDK2, CDK4, CDK6 et CDK7, qui contrôlent le cycle cellulaire.

★ À maîtriser

• L’activité d’une CDK est régulée par:
  • la liaison à une cycline
  • l’activation par la CAK
  • l’accessibilité de la poche ATP
  • la liaison à des inhibiteurs de CDK

• Les complexes CDK4-CDK6-cycline D interviennent au point de restriction, CDK2-cycline E dans la progression vers G1/S, CDK2-cycline A en phase S, CDK1-cycline A en G2, CDK1-cycline B en phase M et CDK7-cycline H comme CAK.

• Les CKI p21, p27 et p57 inhibent toutes les CDK, tandis que les inhibiteurs INK4 p15, p16, p18 et p19 inhibent spécifiquement CDK4 et CDK6.

Compléments

• La CAK, constituée de CDK7-cycline H, phosphoryle la thréonine de la boucle T et provoque sa rétraction complète, ce qui préactive la CDK.

💡 Astuce mémo

CDK : Cycline, CAK, contrôle des AA du toit, CKI

📖 4. Protéolyse et ubiquitination

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéolyse : Régulation du cycle cellulaire par une dégradation irréversible des protéines, contrairement à la phosphorylation qui est réversible.

📝 Points essentiels

• Les enzymes E1, E2 et E3 activent l’ubiquitine, la transfèrent sur la protéine cible et reconnaissent la protéine à dégrader avant son adressage au protéasome.

• Les deux complexes E3 ubiquitine-ligase majeurs du cycle cellulaire sont APC/C, ou complexe promoteur de l’anaphase, et SCF, nommé d’après Skip1, Culline et F-box.

• APC/C-cdc20 est actif en phase M lors de la transition métaphase-anaphase, APC/C-cdh1 agit de cette transition jusqu’au point de restriction et SCF agit du point de restriction jusqu’à G2/M.

💡 Astuce mémo

Polyubiquitination → protéasome → dégradation irréversible

📖 5. Points de contrôle du cycle

🔑 Notions clés & Définitions

• Point de restriction : Verrou situé en fin de G1 qui décide de l’arrêt du cycle ou de sa poursuite irréversible vers la phase S.

📝 Points essentiels

• Les CDK4 et CDK6 associées à la cycline D phosphorylent p105 Rb, ce qui libère le facteur E2F et permet la transcription des gènes nécessaires à la phase S.

• Le contrôle de l’intégrité de l’ADN comprend la détection des lésions, l’activation de kinases comme ATM, ATR et DNA-PK, puis l’action d’effecteurs qui bloquent le cycle ou déclenchent l’apoptose.

• La protéine p53 peut induire p21, inhiber préférentiellement CDK2-cycline A et orienter la cellule vers l’apoptose si la réparation de l’ADN échoue; p53 est mutée dans 50 % des cancers.

📌 Le point de contrôle du fuseau, situé au milieu de la mitose, autorise la transition métaphase-anaphase seulement lorsque tous les chromosomes sont correctement attachés au fuseau.

💡 Astuce mémo

Restriction, ADN-G1, ADN-G2, fuseau

📖 6. Premières étapes de la mitose

🔑 Notions clés & Définitions

• Mitose : La mitose est la phase M du cycle cellulaire durant laquelle le génome dupliqué est séparé en deux lots identiques par caryocinèse, puis la cellule est divisée par cytodiérèse.
• Métaphase : La métaphase est la phase où les chromosomes sont alignés dans le plan équatorial et où la cellule franchit le point de contrôle du fuseau.

📝 Points essentiels

• La prophase est caractérisée par la condensation des chromosomes et la formation des asters autour des deux centrosomes.

• La prométaphase commence par la rupture de l’enveloppe nucléaire et se termine lorsque tous les chromosomes sont fixés au fuseau avant la formation de la plaque équatoriale.

• Après le passage du point de contrôle du fuseau, la séparase coupe les dernières cohésines, les chromatides deviennent des chromosomes anaphasiques et migrent vers les pôles.

📌 L’anaphase A correspond à la migration des chromosomes vers les pôles par raccourcissement des fibres kinétochoriennes, tandis que l’anaphase B correspond à l’allongement de la cellule par croissance et coulissement des microtubules chevauchants.

💡 Astuce mémo

Prophase → prométaphase → métaphase → anaphase

📖 7. Anaphase et cytodiérèse

📝 Points essentiels

📌 L’anaphase A correspond à la séparation des chromosomes en deux lots identiques par raccourcissement synchrone des fibres kinétochoriennes, tandis que l’anaphase B correspond à l’allongement du fuseau et de la cellule par coulissement des microtubules chevauchants.

• 🔄 La cytodiérèse se déroule ainsi:

  1. Les fibres polaires forment les fibres interzonales
  2. Un anneau contractile d’actine F et de myosine pince la cellule
  3. Un corps intermédiaire de Flemming apparaît
  4. Les deux cellules filles se séparent

• En télophase, les chromosomes se tassent aux pôles, des saccules membranaires se raccordent autour d’eux, les pores et la lamina nucléaires réapparaissent, l’enveloppe nucléaire se reconstitue, puis les chromosomes commencent leur décondensation.

💡 Astuce mémo

Anaphase A sépare, anaphase B éloigne, la cytodiérèse pince.

📖 8. Régulation et point de contrôle

🔑 Notions clés & Définitions

• Kinétochore : Complexe protéique centromérique qui lie les microtubules et contrôle le point de contrôle du fuseau.

📝 Points essentiels

📌 La kinase CDK1-Cycline B contrôle principalement la première moitié de la mitose et permet la formation du fuseau, la condensation de la chromatine et la rupture de l’enveloppe nucléaire.

• 🔄 La transition métaphase-anaphase suit cette chaîne:
  1. Activation d’APC/C-cdc20
  2. Destruction de la sécurine
  3. Activation de la séparase
  4. Destruction des cyclines B
  5. Inactivation de CDK1-Cycline B

📌 Un seul kinétochore non lié aux microtubules peut suffire à maintenir le complexe MCC, inhiber APC/C-cdc20 et empêcher la transition métaphase-anaphase.

💡 Astuce mémo

Accrochage correct → inactivation du SAC → APC/C actif → anaphase.

📖 9. Compaction de la chromatine

★ À maîtriser

• Pendant la mitose, les cohésines des bras chromosomiques sont éliminées par cdc5/Plk1, tandis que les cohésines juxtacentromériques persistent jusqu’à leur coupure par la séparase après destruction de la sécurine.

• La compaction mitotique ajoute à la chromatine interphasique la condensation des domaines en boucles par les condensines puis la spiralisation du squelette protéique, formant un chromosome métaphasique court et trapu.

Compléments

📌 Les protéines Sgo associées à PP2A protègent en mitose les cohésines juxtacentromériques contre leur phosphorylation et leur élimination par cdc5/Plk1.

💡 Astuce mémo

Cohésines des bras éliminées avant les cohésines centromériques.

📖 10. Appareil mitotique et cellules filles

🔑 Notions clés & Définitions

• Fibres kinétochoriennes : Microtubules dont l’extrémité positive s’attache à un chromosome par son kinétochore.

★ À maîtriser

• Les fibres du fuseau sont:
  • Les fibres astériennes
  • Les fibres kinétochoriennes ou chromosomiques
  • Les fibres polaires ou continues

📌 Le futur sillon de clivage se positionne à égale distance des deux pôles, même en l’absence de chromosomes.

Compléments

• Le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi se répartissent entre les deux cellules filles, les mitochondries se divisent par scissiparité et les péroxysomes par bourgeonnement.

💡 Astuce mémo

Deux asters encadrent un fuseau qui partage puis pince la cellule.

📖 11. Finalité et brassages méiotiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Méiose : Division des cellules germinales qui produit quatre cellules haploïdes à partir d’une cellule diploïde grâce à une phase S suivie de deux phases M.

★ À maîtriser

📌 La première division méiotique est réductionnelle car elle sépare les homologues sans séparer les chromatides sœurs, tandis que la deuxième division est équationnelle car elle sépare les chromatides sœurs sans modifier le nombre de chromosomes.

• Le brassage chromosomique permet chez l’être humain $2^{23}$ combinaisons de chromosomes, soit environ 8,4 millions de gamètes.

Compléments

• La prophase I représente environ 90 % de la durée totale de la méiose, qui dure environ 17 jours chez l’homme et plus de 40 ans chez la femme.

💡 Astuce mémo

M1 sépare les homologues, M2 sépare les chromatides sœurs.

📖 12. Prophase I et recombinaison

🔑 Notions clés & Définitions

• Complexe synaptonémal : Le complexe synaptonémal est une structure protéique qui rapproche les chromosomes homologues, maintient les ADN coupés à proximité et permet la recombinaison génétique.

📝 Points essentiels

• Les cinq stades de la prophase I sont:

  • Leptotène
  • Zygotène
  • Pachytène
  • Diplotène
  • Diacinèse

• 🔄 La recombinaison suit cette séquence:

  1. Production de cassures doubles brins par Spo11
  2. Formation de boucles D
  3. Formation de doubles jonctions de Holliday
  4. Échange d’ADN entre homologues
  5. Formation du crossing-over

📌 En prométaphase I, les kinétochores des chromatides sœurs d’un même homologue sont fusionnés et orientés vers le même pôle, réalisant un accrochage syntélique, tandis que les deux homologues du bivalent sont orientés vers des pôles opposés, réalisant un accrochage amphitélique.

📌 En méiose I, Sgo1 protège les cohésines juxtacentromériques de la séparase afin que les chromatides sœurs restent associées et migrent vers le même pôle.

💡 Astuce mémo

Leptotène, zygotène, pachytène, diplotène, diacinèse.

📖 13. Transition métaphase-anaphase I

★ À maîtriser

• En métaphase I, tous les bivalents sont alignés sur la plaque équatoriale grâce à leur accrochage amphitélique.

• Lors de la transition métaphase I-anaphase I, l’activation de la séparase élimine les cohésines situées le long des chromosomes homologues et libère les chiasmas.

📌 La protéine Sgo1 protège les cohésines juxtacentromériques de la séparase en anaphase I, permettant aux deux chromatides sœurs de chaque homologue de migrer vers le même pôle.

• Chez l’homme, la méiose II s’enchaîne rapidement après la méiose I pendant la spermatogenèse, tandis que l’ovocyte reste bloqué en métaphase II jusqu’à la fécondation, qui déclenche une vague calcique.

Compléments

• Au début de l’anaphase I, le complexe APC/C détruit Sgo1 et rétablit la sensibilité des cohésines juxtacentromériques à la séparase pour la division M2.

💡 Astuce mémo

Séparase active → cohésines des bras coupées → homologues séparés

📖 14. Pathologies de la méiose

🔑 Notions clés & Définitions

• Polyploïdie : Correspond à la présence d’un multiple entier du nombre haploïde de chromosomes, généralement trois lots chez l’être humain, soit 69 chromosomes.
• Aneuploïdie : Anomalie de ségrégation portant sur une ou quelques paires de chromosomes, pouvant produire une monosomie ou une trisomie après fécondation.

📝 Points essentiels

• Les anomalies de la méiose constituent une cause majeure de mort fœtale au premier trimestre, et environ 50 % des conceptions aboutissent à un avortement spontané.

📌 Les anomalies de ségrégation sont des anomalies quantitatives du nombre de chromosomes, tandis que les anomalies de recombinaison sont des anomalies qualitatives impliquant des réarrangements entre chromosomes non homologues.

• La monosomie correspond à la présence d’une seule copie d’un chromosome après fécondation et n’est viable chez l’être humain qu’en cas de monosomie X, appelée syndrome de Turner.

• Les trisomies 21, 13 et 18 peuvent être viables et correspondent respectivement aux syndromes de Down, de Patau et d’Edwards.

📌 Une anomalie de recombinaison équilibrée ne comporte ni perte ni gain de segment chromosomique et est généralement viable, tandis qu’une anomalie déséquilibrée comporte une perte ou un gain et est le plus souvent non viable.

💡 Astuce mémo

Ségrégation = nombre de chromosomes ; recombinaison = structure chromosomique

📖 15. Finalités et caractéristiques générales

★ À maîtriser

• La méiose transforme une cellule germinale diploïde en quatre gamètes haploïdes au cours d’une division réductionnelle M1 suivie d’une division équationnelle M2.

• La reproduction sexuée repose sur un brassage chromosomique entre chromosomes homologues et un brassage intrachromosomique résultant de recombinaisons entre chromatides.

Compléments

• La méiose dure environ 17 jours chez l’homme et peut durer jusqu’à 40 ans chez la femme, principalement en raison de la très longue prophase I.

💡 Astuce mémo

Brassage chromosomique entre homologues ; brassage intrachromosomique entre chromatides

📖 16. Recombinaison de la prophase I

🔑 Notions clés & Définitions

• Jonction de Holliday : Structure intermédiaire formée lors de la réparation et de l’échange de brins entre chromosomes homologues.
• Crossing-over : Échange de segments entre chromatides homologues dans le complexe synaptonémal.

★ À maîtriser

• 🔄 La recombinaison génétique suit plusieurs étapes:
  1. Appariement des homologues
  2. Coupure double brin
  3. Invasion du duplex homologue
  4. Synthèse réparatrice
  5. Formation de jonctions de Holliday
  6. Résolution des jonctions

Compléments

• La dissociation du complexe synaptonémal transforme les enjambements en chiasmas, qui stabilisent ensuite les bivalents avec les cohésines.

💡 Astuce mémo

Appariement → invasion → jonction de Holliday → crossing-over → chiasma

📖 17. Morphologie de la division méiotique

★ À maîtriser

• La prophase I morphologique comprend successivement le leptotène, le zygotène, le pachytène, le diplotène et la diacinèse.

• Au diplotène, les chiasmas apparaissent, le complexe synaptonémal se dissout et les boucles d’ADN se décondensent, permettant la transcription.

Compléments

• Au leptotène, les chromosomes s’individualisent et leurs télomères se fixent à l’enveloppe nucléaire.

• Au zygotène, les homologues s’apparient, le complexe synaptonémal se forme, les télomères se regroupent et des nodules précoces apparaissent.

• Au pachytène, le complexe synaptonémal est complété et les nodules tardifs correspondent aux enjambements.

• À la diacinèse, les chromosomes se reconden­sent, l’enveloppe nucléaire se dissocie et les homologues sont capturés par les fibres du fuseau.

💡 Astuce mémo

Leptotène → zygotène → pachytène → diplotène → diacinèse

📖 18. Cohésines et condensines

★ À maîtriser

📌 Les cohésines relient deux chromatides sœurs, tandis que les condensines relient deux segments d’une même molécule d’ADN et participent à sa compaction.

• Les cohésines des bras chromosomiques sont éliminées en anaphase I, tandis que les cohésines juxtacentromériques sont conservées jusqu’à la méiose II.

Compléments

• Les cohésines mitotiques et méïotiques ont des protéines constitutives différentes et des comportements distincts au cours des transitions métaphase-anaphase.

💡 Astuce mémo

Cohésines = lien entre chromatides sœurs ; condensines = compaction d’un même ADN

📊 Tableaux de synthèse

Phases du cycle cellulaire

Comparaison des divisions méiotiques