Fiche de révision : Régulation du cycle cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et organisation du cycle
2. Phases et durée du cycle
3. Preuves expérimentales du contrôle
4. MPF, cyclines et activité kinase
5. Levures et complexes CDK
6. Transitions et points de restriction
7. Réplication et prévention de la re-réplication
8. Entrée en mitose et fonctions du MPF
9. Checkpoints et intégrité de l’ADN
10. Séparation des chromatides et sortie

📖 1. Fonctions et organisation du cycle

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Processus au cours duquel une cellule mère donne deux cellules filles génétiquement identiques grâce à la réplication de l’ADN puis à la division.

★ À maîtriser

• Le cycle cellulaire permet le développement embryonnaire, la croissance et le renouvellement permanent des cellules perdues dans des tissus comme la peau, l’intestin et le foie.

📌 L’interphase correspond à la réplication des chromosomes, tandis que la mitose correspond à leur répartition entre deux cellules filles.

📌 La dérégulation des systèmes de contrôle du cycle permet la propagation des erreurs et peut produire une prolifération anarchique de cellules cancéreuses.

Compléments

• Un organisme humain contient environ $3 \times 10^{13}$ cellules et un humain adulte renouvelle environ un milliard de cellules par jour.

• Les cycles du noyau, du centrosome, du Golgi et des nucléoles sont interdépendants et partagent des régulateurs moléculaires afin d’être coordonnés.

💡 Astuce mémo

Interphase = réplication ; mitose = séparation

📖 2. Phases et durée du cycle

★ À maîtriser

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

• L’interphase comprend successivement les phases G1, S et G2 avant l’entrée en mitose.

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

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

Compléments

• La technique du pulse-chase marque l’ADN avec de la thymidine radioactive, puis élimine l’excès de marqueur par lavage afin de suivre le devenir de l’ADN au cours du temps.

💡 Astuce mémo

G1 → S → G2 → M

📖 3. Preuves expérimentales du contrôle

🔑 Notions clés & Définitions

• MPF : Facteur soluble cytoplasmique capable de favoriser la maturation des ovocytes et l’entrée prématurée 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.

• La fusion de cellules en interphase avec des cellules en mitose provoque une condensation précoce des chromosomes et la disparition de l’enveloppe nucléaire dans les noyaux interphasiques. — Rao et Johnson, 1990

Compléments

📌 La fusion d’une cellule en G1 avec une cellule en phase S fait entrer prématurément le noyau G1 en phase S, tandis que le noyau déjà en phase S reste en phase S.

💡 Astuce mémo

Cytoplasme actif → maturation ou entrée en mitose

📖 4. MPF, cyclines et activité kinase

🔑 Notions clés & Définitions

• Complexe MPF : Le complexe MPF est constitué d’une protéine de 34 kDa portant l’activité kinase et d’une protéine de 45 kDa correspondant à la cycline B régulatrice.

★ À maîtriser

• L’activité du MPF augmente rapidement au début de 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 et est dégradée brutalement au début de l’anaphase.

Compléments

• Le MPF a été purifié précisément en 1988 grâce à des fractionnements protéiques et à l’analyse de fractions capables d’induire la mitose.

💡 Astuce mémo

Cycline B régule ; protéine de 34 kDa phosphoryle

📖 5. Levures et complexes CDK

🔑 Notions clés & Définitions

• Complexe cycline-CDK : Complexe hétérodimérique dans lequel une CDK porte l’activité kinase et une cycline régule cette activité.
• CDK : Sérine-thréonine kinases dont l’activité dépend de leur association avec une cycline.

📝 Points essentiels

• Les mutants thermosensibles de levure restent fonctionnels à 23 °C, température permissive, mais deviennent inactifs à 36 °C, température restrictive.

• La complémentation d’un mutant thermosensible par une banque génomique permet d’identifier le gène sauvage qui restaure la croissance à température restrictive.

📌 La phosphatase Cdc25 active cdc2 en retirant des phosphates inhibiteurs, tandis que la kinase Wee1 inhibe cdc2 en ajoutant ces phosphates.

💡 Astuce mémo

Wee1 inhibe cdc2 ; Cdc25 l’active

📖 6. Transitions et points de restriction

🔑 Notions clés & Définitions

• G0 : État de quiescence dans lequel la cellule ne réplique pas son ADN et ne se divise pas, mais peut retourner ultérieurement dans le cycle.

📝 Points essentiels

📌 Après le franchissement du point START en G1, la cellule est engagée dans la réplication de l’ADN et la division et ne peut plus revenir en G0.

• Les facteurs de croissance se fixent à des récepteurs TK, GPCR ou nucléaires et activent des voies de signalisation impliquant notamment Ras ou Rho, les MAPK et le facteur de transcription Myc.

📌 Après le point de restriction en G1, la cellule devient indépendante des facteurs de croissance et ne peut plus revenir en G0.

💡 Astuce mémo

G0 → G1 → START → S → G2 → M

📖 7. Réplication et prévention de la re-réplication

★ À maîtriser

• Les complexes ORC, constitués des protéines ORC1 à ORC6, se fixent aux origines de réplication et recrutent Cdc6 et Cdt1, qui permettent le recrutement des protéines MCM.

📌 La phosphorylation de MCM, Cdc6 et ORC par les complexes cycline-CDK empêche la mise en place de nouveaux complexes de réplication après la phase G1.

• La réplication mobilise des ADN polymérases pour polymériser les brins, des hélicases pour ouvrir le double brin et des topoisomérases pour gérer la topologie de l’ADN.

Compléments

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

💡 Astuce mémo

Phosphorylation des facteurs de réplication → blocage de la re-réplication

📖 8. Entrée en mitose et fonctions du MPF

📝 Points essentiels

• Le complexe CDK1-cycline B, ou pré-MPF, s’accumule en G2 sous une forme inactive triplement phosphorylée sur T161, T14 et Y15.

• L’activation du MPF repose sur une faible activation initiale par Cdc25, suivie d’une boucle positive dans laquelle le MPF active Cdc25 et inhibe Wee1.

• Le MPF déclenche la condensation des chromosomes, la disparition de l’enveloppe nucléaire, le réarrangement du cytosquelette et l’activation des mécanismes nécessaires à la sortie de mitose.

💡 Astuce mémo

Activation du MPF → condensation, disparition nucléaire et réorganisation cellulaire

📖 9. Checkpoints et intégrité de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Checkpoint : Mécanisme de surveillance qui détecte les anomalies de réplication, l’intégrité du génome ou la mauvaise répartition des chromatides et peut arrêter le cycle.
• P53 : Facteur de transcription et gène suppresseur de tumeurs qui stabilise son expression en cas de stress et induit notamment la production de p21.

📝 Points essentiels

• Le DDCP surveille 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’alignement des chromatides entre métaphase et anaphase.

📌 En cas de dommage de l’ADN, ATM et ATR activent des voies qui inhibent Cdc25, empêchent l’activation des complexes cycline-CDK et arrêtent la progression du cycle.

• 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

Dommage de l’ADN → ATM/ATR → arrêt ou apoptose

📖 10. Séparation des chromatides et sortie

★ À maîtriser

• L’APC-CDC20 ubiquitine la sécurine, le protéasome la dégrade, puis la séparase libérée dégrade les cohésines centromériques et permet la séparation des chromatides sœurs.

📌 Tant qu’un kinétochore reste non attaché au fuseau, Mad2 se lie à CDC20 et empêche APC d’activer la séparase.

• La phosphatase Cdc14 active Cdh1, qui permet à APC de dégrader CDC20 puis le MPF et la cycline B afin de provoquer la sortie de mitose.

Compléments

• La dégradation du MPF permet la disparition du fuseau mitotique, le déclenchement de la cytodiérèse et la reprise de la synthèse des ARN ribosomaux.

💡 Astuce mémo

Mad2 libéré → APC-CDC20 → séparase → chromatides séparées

📊 Tableaux de synthèse

Régulateurs des transitions du cycle

Surveillance du cycle