Fiche de révision : Cycle cellulaire et régulation

📋 Plan du Cours

1. Phases du cycle cellulaire
2. Cytodiérèse et cellules souches
3. Différenciation et lignage cellulaire
4. Cyclines et kinases du cycle
5. Freins du cycle et p53
6. Sénescence et télomères
7. Cycle cellulaire et cancer

📖 1. Phases du cycle cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Le moteur de la prolifération et de la différenciation cellulaire, une cellule ne pouvant être produite qu’à partir d’une autre cellule.

★ À maîtriser

📌 Chez les cellules eucaryotes, l’interphase comprend G1, S et G2, tandis que la mitose correspond à la division du matériel génétique et du cytoplasme.

• La phase G0 est une phase de quiescence située en dehors du cycle, dans laquelle la division est impossible tant que la cellule y demeure.

• Pendant la phase S, la quantité d’ADN double, passant de 2n à 4n.

• La phase M comprend cinq étapes de la mitose — prophase, métaphase, anaphase, télophase — puis la cytodiérèse, et le cycle d’une cellule classique dure environ 20 à 24 heures.

Compléments

• En G1, la quantité d’ADN reste à 2n tandis que la cellule augmente de taille et synthétise des protéines après réception d’un signal.

• La phase G2 prépare la mitose par la production d’enzymes et de facteurs de régulation, alors que la quantité d’ADN reste à 4n.

📖 2. Cytodiérèse et cellules souches

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytodiérèse : La division du cytoplasme qui achève la phase M et aboutit à deux cellules filles.

★ À maîtriser

📌 La division symétrique produit deux cellules filles de compositions cytoplasmique et membranaire identiques, tandis que la division asymétrique produit une cellule souche et un progéniteur aux compositions différentes.

• Toutes les cellules peuvent réaliser une division symétrique, mais seules les cellules souches peuvent réaliser une division asymétrique.

• Lors d’une division asymétrique, la rotation de l’axe du fuseau mitotique par rapport aux contraintes mécaniques de la niche produit une cellule souche qui y reste et une cellule prête à se différencier.

Compléments

• Les divisions symétriques augmentent le réservoir de cellules souches, tandis que les divisions asymétriques entretiennent ce réservoir et fournissent des précurseurs différenciés.

• Lorsque la niche devient trop étroite et impose de nouvelles contraintes mécaniques, les divisions des cellules souches deviennent asymétriques.

💡 Astuce mémo

Symétrique : réserve ; asymétrique : réserve + progéniteur

📖 3. Différenciation et lignage cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Lignage cellulaire : L’ensemble des voies de différenciation suivies après qu’une cellule s’est engagée dans une voie donnée, comme les lignages neuronal ou ostéoblastique.
• Cellule unipotente : Ou progéniteur, peut encore proliférer mais ne donne finalement qu’un seul type cellulaire différencié.

★ À maîtriser

• Toutes les cellules possèdent le même génotype, mais leurs phénotypes diffèrent parce qu’elles n’expriment pas les mêmes gènes.

• Au cours du lignage cellulaire, plus une cellule est différenciée, moins elle prolifère dans les conditions normales.

• La différenciation suit la chaîne suivante : un ligand se fixe à son récepteur, active un facteur de transcription éventuellement associé à un cofacteur, lequel agit sur un gène cible dont la transcription puis la traduction produisent une protéine spécifique du lignage.

Compléments

• Le génotype humain comprend environ 30 000 gènes, tandis que le phénotype cellulaire en mobilise environ 1 000.

💡 Astuce mémo

Signal → récepteur → facteur de transcription → gène → protéine

📖 4. Cyclines et kinases du cycle

★ À maîtriser

• Les complexes de contrôle du cycle associent une CDK catalytique, dont la concentration reste constante, et une cycline régulatrice, dont la concentration varie au cours du cycle.

• Le complexe MPF, constitué de CDK1 et de cycline B, est le principal couple contrôlant la mitose.

• Le MPF provoque la dissolution des lamines nucléaires, la rupture de l’enveloppe nucléaire, la condensation de la chromatine et l’organisation du fuseau mitotique.

• Les cyclines G1 associées aux CDK contrôlent le point de restriction et phosphorylent Rb, ce qui libère le facteur de transcription E2F.

Compléments

• Après libération par Rb, E2F se fixe à l’ADN et stimule la transcription de la cycline E, dont l’activation entraîne la destruction de la cycline D précédente.

• La fin de la mitose résulte de la dégradation de la cycline mitotique et de la diminution du taux de MPF.

💡 Astuce mémo

Cycline + CDK → phosphorylation → progression du cycle

📖 5. Freins du cycle et p53

🔑 Notions clés & Définitions

• CKI : Des protéines inhibitrices des complexes cycline-CDK qui servent de freins au cycle cellulaire.
• p53 : Une phosphoprotéine nucléaire et un facteur de transcription appelé gardien du génome, qui agit notamment sur le cycle par l’intermédiaire de p21.

★ À maîtriser

📌 P16 bloque principalement la transition en fin de G1 en se liant compétitivement à CDK4 et CDK6, tandis que p21 peut inhiber de nombreux complexes cycline-CDK à n’importe quelle phase.

• En réponse à un stress cellulaire tel que les UV, les rayons X ou l’hypoxie, p53 change de conformation, sa demi-vie augmente, elle s’accumule dans le noyau et active notamment la transcription de p21.

📌 P53 provoque d’abord un blocage transitoire du cycle pour permettre la réparation des dommages, puis un blocage définitif suivi d’une apoptose si les lésions sont trop importantes.

Compléments

• P21 est un inhibiteur universel très puissant placé sous le contrôle de p53.

📖 6. Sénescence et télomères

🔑 Notions clés & Définitions

• Sénescence réplicative : Un état dans lequel une cellule reste viable mais cesse définitivement de se diviser après un nombre limité de cycles.
• Télomères : Les extrémités des chromosomes, constituées de répétitions de la séquence TTAGGG et de protéines spécifiques, qui protègent le matériel génétique.
• Télomérase : Une enzyme constituée d’une transcriptase inverse et d’un ARN complémentaire de la séquence télomérique, qui rallonge les télomères.

★ À maîtriser

• Les cellules sénescentes présentent une augmentation de leur taille et de celle de leur noyau, une induction de p16, une activation de p53 et un blocage du cycle en G1.

Compléments

• La SA-bêta-galactosidase est un marqueur de l’état de sénescence.

• À chaque réplication, environ 100 paires de bases terminales ne sont pas répliquées, ce qui raccourcit les télomères à chaque cycle.

💡 Astuce mémo

Raccourcissement des télomères → p16/p53 → sénescence

📖 7. Cycle cellulaire et cancer

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule tumorale : Se divise de manière incontrôlée et illimitée, car elle échappe aux mécanismes de contrôle du cycle cellulaire.

★ À maîtriser

• La transcription de la télomérase est réactivée dans 90 % des tumeurs, et son inactivation in vitro fait perdre leur immortalité aux cellules tumorales.

• Dans une cellule normale dépourvue de télomérase, l’érosion des télomères active p53 et induit une sénescence constituant la barrière p53-télomérique.

• L’inactivation de p53 permet aux cellules de poursuivre leur prolifération malgré le raccourcissement télomérique, ce qui favorise la perte de gènes, l’accumulation de mutations et une crise cellulaire constituant une seconde barrière.

Compléments

• Une cellule peut devenir tumorale notamment par excès de télomérase ou par mutation inactivatrice de p53.

• Chez la souris, la surexpression de p53 empêche les cancers mais accélère le vieillissement, tandis que l’inactivation complète de p53 augmente les cancers, ralentit le vieillissement et supprime la sénescence réplicative.

📊 Tableaux de synthèse

Divisions des cellules souches

Principaux freins du cycle