Fiche de révision : Cycle cellulaire et ses régulations

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et organisation du cycle
2. Phases et durée du cycle
3. Découverte des facteurs du cycle
4. MPF, cycline B et activité kinase
5. Levures et complexes cycline-CDK
6. Transitions et points de contrôle
7. Entrée et progression en G1
8. Réplication et prévention de la rereplication
9. Activation du MPF et mitose
10. Surveillance et sortie de mitose

📖 1. Fonctions et organisation du cycle

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Processus par lequel une cellule mère se divise pour produire deux cellules filles génétiquement identiques.

★ À maîtriser

📌 L’interphase comprend la réplication des chromosomes, tandis que la mitose correspond à la division cellulaire.

📌 Une dérégulation des systèmes de contrôle permet la propagation d’erreurs et peut produire des cellules cancéreuses à prolifération anarchique.

Compléments

• Chez un humain adulte, environ un milliard de cellules se renouvellent chaque jour pour remplacer les cellules perdues, notamment dans la peau, l’intestin et le foie.

📌 Les cycles du noyau, du centrosome, de l’appareil de Golgi et des nucléoles sont interdépendants et coordonnés par des régulateurs moléculaires communs.

💡 Astuce mémo

Interphase = réplication ; mitose = division

📖 2. Phases et durée du cycle

★ À maîtriser

• L’interphase se déroule successivement en G1, S et G2 avant la mitose, puis la cellule revient en G1 après la division.

• La phase S dure environ 7 à 8 heures et correspond à la synthèse de l’ADN.

• La technique pulse-chase suit le devenir de l’ADN en marquant radioactivement la thymidine pendant le pulse puis en éliminant l’excès pendant le chase.

Compléments

• La phase G1 dure environ 8 à 9 heures et prépare la cellule à la réplication de l’ADN.

• La mitose dure environ 30 à 60 minutes, tandis que l’interphase peut durer d’une douzaine d’heures à plusieurs semaines selon la lignée cellulaire.

💡 Astuce mémo

G1 → S → G2 → M

📖 3. Découverte des facteurs du cycle

🔑 Notions clés & Définitions

• MPF : Facteur soluble présent dans le cytoplasme qui favorise la maturation de l’ovocyte et l’entrée en mitose.

★ À maîtriser

• L’injection de cytoplasme provenant d’un ovocyte bloqué en métaphase II dans un ovocyte en prophase I déclenche la maturation de ce dernier.

Compléments

• Les expériences de fusion cellulaire de Rao et Johnson en 1990 ont montré qu’un cytoplasme commun peut imposer une entrée prématurée en mitose à un noyau interphasique.

📌 Lors d’une fusion G1-S, le noyau G1 entre prématurément en phase S tandis que le noyau déjà en S y reste.

📌 Lors d’une fusion S-G2, le noyau G2 reste en G2, ce qui révèle un mécanisme empêchant la réplication de l’ADN dans cette phase.

💡 Astuce mémo

Un cytoplasme de métaphase pousse un noyau bloqué vers la mitose

📖 4. MPF, cycline B et activité kinase

🔑 Notions clés & Définitions

• MPF : Complexe formé d’une protéine de 34 kDa à activité kinase et d’une protéine de 45 kDa correspondant à la cycline B.

★ À maîtriser

• L’activité du MPF commence rapidement avant la mitose puis chute brutalement au début de l’anaphase.

• La cycline B s’accumule pendant l’interphase, atteint un maximum au début de la mitose puis est dégradée brutalement à l’anaphase.

📌 La cycline B est la sous-unité régulatrice du MPF, tandis que la protéine de 34 kDa porte son activité kinase.

Compléments

• Le MPF a été purifié en 1988 grâce à la séparation et à l’analyse de fractions protéiques issues d’ovocytes.

💡 Astuce mémo

Accumulation de cycline B → activation du MPF → entrée en mitose

📖 5. Levures et complexes cycline-CDK

🔑 Notions clés & Définitions

• Complexe cycline-CDK : Complexe hétérodimérique dans lequel la CDK porte l’activité kinase et la cycline assure principalement la régulation.

★ À maîtriser

• Les mutants thermosensibles de levure restent fonctionnels à 23 °C mais deviennent inactifs à 36 °C, ce qui permet d’identifier les gènes nécessaires au cycle cellulaire.

• La complémentation consiste à introduire une banque génomique de levure sauvage dans un mutant thermosensible puis à sélectionner les cellules capables de pousser à 36 °C.

Compléments

• Chez l’être humain, le génome code 13 CDK et 25 cyclines, dont six complexes interviennent directement dans la progression du cycle cellulaire.

💡 Astuce mémo

Cycline = régulatrice ; CDK = kinase

📖 6. Transitions et points de contrôle

🔑 Notions clés & Définitions

• APC : Complexe protéique qui déclenche la transition métaphase-anaphase en favorisant la dégradation des cohésines centromériques et de la cycline B.

📝 Points essentiels

📌 Le passage du point START en G1/S engage irréversiblement la cellule dans la réplication de l’ADN et la division.

📌 Le passage G2/M dépend de l’activité relative de CDC25, qui active CDK1, et de Wee1, qui inhibe CDK1.

💡 Astuce mémo

START G1/S → G2/M → métaphase/anaphase

📖 7. Entrée et progression en G1

🔑 Notions clés & Définitions

• G0 : État de quiescence dans lequel la cellule ne réplique pas son ADN et ne se divise pas, tout en pouvant revenir dans le cycle.

📝 Points essentiels

• Les facteurs de croissance activent des récepteurs puis des voies intracellulaires impliquant notamment Ras ou Rho, les MAPK et le facteur de transcription Myc.

📌 Myc stimule la transcription de la cycline D, de CDK4 et de CDC25, permettant l’activation du complexe cycline D-CDK4 et l’entrée en G1.

• Le complexe cycline D-CDK4 phosphoryle progressivement Rb, libère E2F et permet la production de cycline E puis de cycline A.

📌 Après le point de restriction, la cellule devient indépendante des facteurs de croissance et ne peut plus revenir en G0.

💡 Astuce mémo

Facteurs de croissance → Myc → cycline D-CDK4 → E2F

📖 8. Réplication et prévention de la rereplication

🔑 Notions clés & Définitions

• ORC : Complexes protéiques qui se fixent à l’ADN au niveau des origines de réplication et recrutent notamment CDC6 et CDT1.

★ À maîtriser

📌 La phosphorylation de MCM, CDC6 et ORC par les complexes cycline-CDK empêche la remise en place des complexes de réplication après la phase S.

• À la transition G1/S, CDC7 associée à DBF4 phosphoryle les protéines MCM, notamment MCM2, pour activer le complexe réplicatif.

Compléments

📌 La géminine inhibe CDT1 pendant les phases S, G2 et M, ce qui contribue à empêcher la rereplication de l’ADN.

• La réplication mobilise:
  • les ADN polymérases
  • les hélicases
  • les topoisomérases

💡 Astuce mémo

Préparer une origine en G1, mais empêcher sa réutilisation après S

📖 9. Activation du MPF et mitose

📝 Points essentiels

• Le complexe pré-MPF cycline B-CDK1 est stocké inactif en G2 après phosphorylation de T161 par CAK et de T14 et Y15 par Wee1.

• Une faible activation initiale du MPF active davantage CDC25 et inhibe Wee1, ce qui produit une boucle de rétroaction positive déclenchant rapidement la mitose.

📌 Le MPF déclenche la condensation des chromosomes, la disparition de l’enveloppe nucléaire, le réarrangement du cytosquelette et plusieurs événements nécessaires à la mitose.

💡 Astuce mémo

CDC25 active le MPF tandis que Wee1 est inhibée → mitose rapide

📖 10. Surveillance et sortie de mitose

🔑 Notions clés & Définitions

• Checkpoint : Mécanisme de surveillance qui détecte les anomalies de réplication, l’intégrité de l’ADN ou les défauts de répartition des chromatides et arrête le cycle si nécessaire.
• P53 : Facteur de transcription suppresseur de tumeurs qui s’accumule en cas de stress ou de dommage de l’ADN et stimule notamment l’expression de p21.

★ À maîtriser

📌 Le DDCP surveille les dommages de l’ADN de G1 au début de M, le RCP contrôle la réplication pendant S et G2, et le MCP vérifie l’attachement des chromatides pendant métaphase-anaphase.

📌 En cas de dommage de l’ADN, ATM ou ATR activent Chk1 et Chk2, qui inhibent CDC25 et empêchent ainsi l’activation des complexes cycline-CDK.

• Lorsque tous les kinétochores sont correctement attachés au fuseau, APC-CDC20 ubiquitine la sécurine, le protéasome la dégrade, puis la séparase clive les cohésines centromériques pour déclencher l’anaphase.

• En fin de mitose, Cdc14 active Cdh1, qui s’associe à APC pour dégrader CDC20 et le MPF, permettant la disparition du fuseau, la cytodiérèse et la restauration de la synthèse des ARN ribosomaux.

Compléments

• Une inactivation de p53 est retrouvée dans environ 40 % des tumeurs et empêche l’arrêt du cycle ainsi que le déclenchement correct de l’apoptose.

💡 Astuce mémo

P53 bloque le cycle en cas de dommage ; APC-Cdh1 permet la sortie

📊 Tableaux de synthèse

Principaux régulateurs du cycle

Surveillance du cycle