Fiche de révision : Cycle cellulaire et mitose

📋 Plan du Cours

1. Rôle et durée du cycle cellulaire
2. Phases G1, S et G2
3. CDK, cyclines et CKI
4. Point de restriction G1-S
5. Surveillance de G1-S et G2-M
6. Centrosome et fuseau mitotique
7. Prophase et prométaphase
8. Métaphase et anaphase
9. Télophase et cytodiérèse
10. Contrôle métaphase-anaphase

📖 1. Rôle et durée du cycle cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Séquence ordonnée au cours de laquelle une cellule double son contenu puis se divise en deux cellules.

📝 Points essentiels

• L’interphase représente environ 90 % du temps du cycle cellulaire.

• Chez l’adulte, la division, la prolifération et la différenciation cellulaires contribuent au remplacement des cellules.

• Dans l’épiderme, des cellules souches basales se divisent occasionnellement, puis leurs descendantes arrêtent de se diviser et se différencient jusqu’à former la couche cornée de cellules mortes.

💡 Astuce mémo

Développement : construire les tissus ; adulte : remplacer les cellules

📖 2. Phases G1, S et G2

🔑 Notions clés & Définitions

• Quiescence : État dans lequel une cellule ne se divise pas, temporairement ou durablement, mais peut réintégrer le cycle sous l’effet de signaux mitogènes.

★ À maîtriser

• L’interphase comprend les phases G1, S et G2, tandis que la mitose constitue l’autre grande phase du cycle cellulaire.

• En G1, une cellule somatique humaine possède 46 chromosomes et 2C d’ADN ; en G2, elle possède encore 46 chromosomes mais 4C d’ADN.

• Pendant la phase S, l’ADN est répliqué à partir d’origines de réplication, et la synthèse d’ADN est couplée à celle des histones.

📌 En fin de G1, le franchissement du point de restriction R engage irréversiblement la cellule dans la division, après contrôle notamment de son environnement et de sa taille.

Compléments

• En phase S, les centrosomes se dupliquent afin de permettre la mise en place du fuseau mitotique et la répartition des chromosomes.

📌 En G2, la détection d’un ADN endommagé retarde l’entrée en mitose ; si sa réparation est impossible ou incorrecte, la cellule peut déclencher l’apoptose.

💡 Astuce mémo

G1 prépare, S duplique, G2 vérifie et prépare la mitose

📖 3. CDK, cyclines et CKI

🔑 Notions clés & Définitions

• CDK : Protéine kinase qui doit s’associer à une cycline pour être activée et agir sur des protéines cibles.
• Cyclines : Protéines dont l’expression et la concentration varient au cours du cycle et qui s’associent spécifiquement aux CDK pour réguler les phases et leurs transitions.
• CKI : Protéines inhibitrices qui freinent les complexes cycline-CDK et peuvent arrêter le cycle à des points de contrôle spécifiques.

📝 Points essentiels

• Dans les cellules proliférantes, les CDK sont présentes tout au long du cycle à concentration constante, mais leur activité varie selon le moment.

• Les cyclines sont polyubiquitinylées puis dégradées par le protéasome, ce qui provoque leur chute rapide de concentration.

• P16 et P21 sont des CKI connues ; P16 peut empêcher l’association d’une CDK avec une cycline ou gêner l’utilisation de l’ATP.

• Le gène codant P16 est un gène suppresseur de tumeurs fréquemment altéré dans les tumeurs.

💡 Astuce mémo

Les cyclines actionnent les CDK, les CKI leur servent de freins

📖 4. Point de restriction G1-S

★ À maîtriser

• 🔄 Le contrôle de l’entrée en phase S suit ces étapes :

  1. Rb non phosphorylée s’associe à E2F et bloque son activité
  2. Les complexes cycline-CDK phosphorylent Rb à la transition G1-S
  3. Rb phosphorylée se dissocie d’E2F
  4. E2F active les gènes nécessaires à la phase S

• E2F est un facteur de transcription qui active les gènes nécessaires à la progression en phase S lorsqu’il est libéré de Rb.

Compléments

• Rb est le produit du gène suppresseur de tumeur Rb, dont la mutation est associée au rétinoblastome, une tumeur oculaire congénitale rare.

• Après l’engagement en phase S, le complexe cycline-CDK de cette phase phosphoryle et inactive E2F, et régule aussi les ADN polymérases avec leurs cofacteurs PCNA.

• Rb est déphosphorylée uniquement à l’issue de la mitose, ce qui explique sa forme déphosphorylée en G1.

💡 Astuce mémo

Rb retient E2F ; la phosphorylation libère E2F et lance la phase S

📖 5. Surveillance de G1-S et G2-M

🔑 Notions clés & Définitions

• MPF : Complexe formé par une CDK spécifique de la phase M et une cycline spécifique de la phase M, qui déclenche l’entrée en mitose lorsqu’il est actif.

★ À maîtriser

• Des lésions de l’ADN, l’hypoxie ou la surexpression d’oncogènes peuvent stabiliser p53, qui induit l’expression de p21 et l’arrêt du cycle ; si les perturbations persistent ou ne peuvent être réparées, la cellule peut activer l’apoptose.

• La cycline de phase M s’accumule à partir de la phase S et s’associe à sa CDK, mais le complexe reste inactif jusqu’à la levée des phosphorylations inhibitrices par Cdc25 et l’ajout d’une phosphorylation activatrice en fin de G2.

Compléments

• Lors d’une réponse rapide au contrôle de G1-S, l’inactivation d’une phosphatase empêche l’activation des complexes cycline-CDK de la transition.

• La CDK de phase M phosphoryle des protéines associées aux chromosomes, à l’enveloppe nucléaire, aux nucléoles et aux centrosomes, déclenchant les changements structuraux de la mitose.

• À la transition G2-M, la phosphorylation de Cdc25 peut la séquestrer dans le cytoplasme ; p53 contribue à prolonger l’arrêt en inhibant la CDK de phase M, en réprimant l’expression de la cycline et de la CDK de phase M, ou en induisant p21, qui inhibe la CDK et bloque CAK.

💡 Astuce mémo

Dommage à l’ADN → p53 augmente → p21 freine les complexes cycline-CDK

📖 6. Centrosome et fuseau mitotique

🔑 Notions clés & Définitions

• Centrosome : Centre organisateur des microtubules situé près du noyau et constitué de deux centrioles plongés dans un matériel péricentriolaire.
• Fuseau mitotique : Structure de microtubules organisée à partir des centrosomes et responsable de la ségrégation des chromosomes.

★ À maîtriser

• Le centrosome se duplique pendant la phase S ; les centrosomes dupliqués s’éloignent au cours de la prophase et organisent le fuseau mitotique, puis chaque cellule fille hérite d’un centrosome.

Compléments

• Chaque centrosome comprend deux centrioles, l’un mature et l’autre en croissance, appelé procentriole, disposé perpendiculairement au centriole mature.

💡 Astuce mémo

Duplication en S, éloignement des centrosomes, formation du fuseau

📖 7. Prophase et prométaphase

🔑 Notions clés & Définitions

• Kinétochore : Complexe protéique situé au niveau du centromère de chaque chromatide, auquel s’attachent les microtubules du fuseau.

★ À maîtriser

• En prophase, la chromatine se condense en chromosomes à deux chromatides sous l’effet combiné de la phosphorylation des histones H1 et de la condensine.

• En prométaphase, la phosphorylation des lamines provoque la rupture de l’enveloppe nucléaire, qui se disperse en vésicules dans le cytoplasme.

Compléments

• La condensation de la chromatine interrompt la transcription et entraîne la disparition des nucléoles en l’absence de synthèse d’ARN ribosomique.

• En prométaphase, les kinétochores capturent les microtubules du fuseau et les chromosomes effectuent des mouvements qui permettent l’attachement stable de leurs deux kinétochores à des microtubules provenant de pôles opposés.

💡 Astuce mémo

Condensation, rupture de l’enveloppe, capture des kinétochores

📖 8. Métaphase et anaphase

★ À maîtriser

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

• En anaphase, le clivage des centromères sépare les chromatides sœurs, qui deviennent des chromosomes et migrent vers les pôles ; les microtubules kinétochoriens raccourcissent tandis que les microtubules polaires s’allongent.

• L’anaphase aboutit à deux lots de chromosomes identiques et la mitose conserve le nombre de chromosomes.

Compléments

• Le fuseau mitotique comprend trois catégories de microtubules :
  • les microtubules kinétochoriens
  • les microtubules polaires
  • les microtubules astraux

💡 Astuce mémo

Alignement sur la plaque équatoriale, puis séparation vers les pôles

📖 9. Télophase et cytodiérèse

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytodiérèse : Division du cytoplasme accompagnée de la répartition des organites cellulaires.

★ À maîtriser

• En télophase, les chromosomes se décondensent, le fuseau et les kinétochores disparaissent, puis les lamines permettent la reformation de l’enveloppe nucléaire à partir des vésicules.

• La cytodiérèse commence en anaphase par la formation d’un anneau contractile d’actine et de myosine II, qui s’invagine en sillon de division puis se rompt pour séparer les deux cellules filles.

Compléments

• La déphosphorylation des lamines permet le réassemblage de l’enveloppe nucléaire, tandis que leur phosphorylation permet son désassemblage.

• En télophase, l’appareil de Golgi et le réticulum endoplasmique se reforment, la chromatine décondensée redevient exprimable et le nucléole réapparaît.

💡 Astuce mémo

Décondensation et reformation des noyaux, puis étranglement du cytoplasme

📖 10. Contrôle métaphase-anaphase

★ À maîtriser

📌 Le point de contrôle du fuseau bloque l’activation de l’APC/C tant qu’un chromosome n’est pas correctement attaché ou qu’un défaut de tension persiste au niveau des kinétochores.

• Lorsque tous les chromosomes sont correctement attachés au fuseau, l’APC/C est activé, entraîne la destruction de la sécurine et libère la séparase, qui clive les cohésines séparant les chromatides sœurs.

• À la transition métaphase-anaphase, l’inactivation du complexe cycline-CDK de phase M et la dégradation de sa cycline par l’APC/C permettent la fin de la mitose, notamment la décondensation des chromosomes, la reformation de l’enveloppe nucléaire et la réactivation de la transcription.

Compléments

• L’APC/C ajoute de l’ubiquitine aux cyclines mitotiques, qui sont ensuite dégradées par le protéasome.

💡 Astuce mémo

Attachement correct → APC/C activé → sécurine détruite → séparase libérée