Fiche de révision : Régulation du cycle cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Organisation et importance du cycle cellulaire
2. Phases et durée du cycle
3. Mise en évidence des facteurs régulateurs
4. Structure et activité du MPF
5. Découverte des CDK et cyclines
6. Transitions et points de contrôle
7. Entrée et progression en G1
8. Réplication et prévention de la rereplication
9. Activation du MPF et entrée en mitose
10. Surveillance et sortie de mitose

📖 1. Organisation et importance du cycle cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

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

★ À maîtriser

📌 Le cycle cellulaire comprend deux grandes phases : l’interphase, pendant laquelle les chromosomes sont répliqués, et la mitose, pendant laquelle la cellule se divise.

• Le cycle cellulaire permet le développement embryonnaire, la croissance et le renouvellement permanent des cellules, avec environ un milliard de cellules renouvelées chaque jour chez un humain adulte.

📌 La maintenance du génome et la répartition équitable des chromosomes sont nécessaires pour éviter la propagation d’erreurs aux cellules filles.

📌 La dérégulation des systèmes de contrôle permet à des cellules porteuses d’erreurs de continuer à se diviser, ce qui peut produire des cellules cancéreuses à prolifération anarchique.

Compléments

• Les cycles du noyau, du centrosome, du Golgi et des nucléoles sont interdépendants et utilisent des régulateurs moléculaires communs pour être coordonnés.

💡 Astuce mémo

Interphase = réplication ; mitose = division

📖 2. Phases et durée du cycle

★ À maîtriser

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

• L’interphase comprend successivement G1, la phase de préparation à la réplication, S, la phase de synthèse de l’ADN, et G2, la phase de préparation à la mitose.

• Après la mitose, la cellule revient en phase G1 et peut poursuivre un nouveau cycle cellulaire.

Compléments

• La phase G1 dure environ 8 à 9 heures et la phase S environ 7 à 8 heures dans le modèle présenté.

💡 Astuce mémo

G1 → S → G2 → M

📖 3. Mise en évidence des facteurs régulateurs

★ À maîtriser

• La technique du pulse-chase marque radioactivement l’ADN pendant le pulse, puis élimine l’excès de thymidine pendant le chase afin de suivre le devenir de l’ADN marqué.

• La micro-injection de cytoplasme provenant d’un ovocyte bloqué en métaphase II déclenche la maturation d’un ovocyte bloqué en prophase I, révélant un facteur soluble appelé MPF.

• La fusion d’une cellule en interphase avec une cellule en mitose provoque une condensation précoce des chromosomes et la disparition de l’enveloppe nucléaire dans le noyau interphasique.

Compléments

📌 La fusion d’une cellule en G1 avec une cellule en phase S fait entrer précocement le noyau G1 en phase S, tandis que la fusion d’une cellule en phase S avec une cellule en G2 ne déclenche pas la réplication du noyau G2.

💡 Astuce mémo

Un cytoplasme injecté pousse un noyau bloqué à entrer dans la phase suivante

📖 4. Structure et activité du MPF

🔑 Notions clés & Définitions

• MPF : Complexe protéique qui contrôle l’entrée en mitose et dont l’activité chute brutalement au début de l’anaphase.
• Cycline B : Sous-unité régulatrice de 45 kDa du MPF dont l’abondance augmente pendant l’interphase avant de chuter brutalement à l’anaphase.

📝 Points essentiels

• Le MPF purifié en 1988 est constitué de deux protéines d’environ 34 kDa et 45 kDa, dont l’ensemble possède une activité kinase.

• 🔄 La dynamique de la cycline B est:

  1. accumulation pendant l’interphase
  2. maximum au début de la mitose
  3. dégradation au début de l’anaphase

💡 Astuce mémo

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

📖 5. Découverte des CDK et cyclines

🔑 Notions clés & Définitions

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

★ À maîtriser

• La protéine cdc2 de 34 kDa est une sérine-thréonine-kinase dépendante d’une cycline et appartient à la famille des CDK.

Compléments

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

📌 Une même CDK peut s’associer à plusieurs cyclines et une même cycline peut s’associer à plusieurs CDK, ce qui permet de modifier la spécificité biologique du complexe.

💡 Astuce mémo

CDK = kinase ; cycline = régulateur

📖 6. Transitions et points de contrôle

🔑 Notions clés & Définitions

• Point START : Transition G1/S après laquelle la cellule est engagée dans la réplication de l’ADN et ne peut plus revenir en arrière vers G0.

📝 Points essentiels

📌 Le passage en mitose dépend de l’équilibre entre CDC25, une phosphatase qui active cdc2, et Wee1, une kinase qui inhibe cdc2.

• Le complexe APC déclenche la transition métaphase-anaphase en favorisant la dégradation des cohésines centromériques et de la sécurine par le système ubiquitine-protéasome.

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

💡 Astuce mémo

G0/G1 → 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, ne se divise pas et ne contient plus les cyclines nécessaires au cycle.

📝 Points essentiels

• Les facteurs de croissance se fixent à des récepteurs TK, GPCR ou nucléaires, activent notamment Ras ou Rho et les voies MAPK, puis induisent Myc, qui stimule la transcription de la cycline D, de CDK4 et de CDC25.

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

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

💡 Astuce mémo

Facteur de croissance → Myc → cycline D-CDK4 → E2F → cycline E

📖 8. Réplication et prévention de la rereplication

★ À maîtriser

• Les complexes ORC recrutent Cdc6 et Cdt1, qui permettent le recrutement des protéines MCM aux origines de réplication pendant la fin de G1.

📌 La phosphorylation de MCM, Cdc6 et ORC par les complexes cycline-CDK empêche le réassemblage des complexes de réplication après le début de la phase S.

• À la transition G1/S, CDC7 associée à Dbf4 phosphoryle notamment MCM2, tandis que CDK2-cycline E recrute Cdc45 et les enzymes de réplication.

Compléments

• La géminine inhibe Cdt1 pendant les phases S, G2 et M, ce qui empêche l’assemblage de nouveaux complexes réplicatifs.

• Les enzymes nécessaires à la réplication sont:

  • les ADN polymérases
  • les hélicases
  • les topoisomérases

💡 Astuce mémo

ORC prépare une réplication ; phosphorylation et géminine empêchent sa répétition

📖 9. Activation du MPF et entrée en mitose

📝 Points essentiels

• En G2, la cycline B s’accumule avec CDK1 sous forme de pré-MPF inactif, puis CDC25 déphosphoryle CDK1 tandis que le MPF active CDC25 et inhibe Wee1, créant une boucle de rétroaction positive qui déclenche rapidement la mitose.

• Le MPF déclenche la condensation des chromosomes, la disparition de l’enveloppe nucléaire, le réarrangement du cytosquelette, la régulation du Golgi et du réticulum, et la dégradation de la sécurine.

📌 La phosphorylation de T14 et Y15 par Wee1 inhibe CDK1, tandis que la déphosphorylation de ces résidus par CDC25 et la phosphorylation de T161 par CAK sont nécessaires à son activation.

💡 Astuce mémo

CDC25 active le MPF et Wee1 l’inhibe → entrée rapide en mitose

📖 10. Surveillance et sortie de mitose

🔑 Notions clés & Définitions

• P53 : Facteur de transcription et gène suppresseur de tumeurs qui stabilise l’arrêt du cycle, stimule p21 et participe à la réparation de l’ADN en réponse aux dommages cellulaires.

📝 Points essentiels

📌 En cas de dommage de l’ADN, ATM et ATR activent Chk1 et Chk2, qui phosphorylent et inhibent CDC25 afin d’arrêter l’activation des complexes cycline-CDK.

• L’inactivation de p53 est retrouvée dans environ 40 % des tumeurs et peut empêcher l’expression de p21, l’arrêt du cycle et le déclenchement de l’apoptose.

• Lorsque tous les kinétochores sont attachés au fuseau, APC-Cdc20 ubiquitine la sécurine, le protéasome la dégrade, la séparase est libérée et clive les cohésines centromériques pour permettre l’anaphase.

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

💡 Astuce mémo

Checkpoints arrêtent le cycle ; APC-Cdh1 permet sa sortie

📊 Tableaux de synthèse

Principaux complexes et fonctions

Systèmes de surveillance