C7 Flashcards
Prolif. Aberrante des c cancéreuses et altérations du cycle cellulaire
relation?
simultanément une conséquence et une cause du cancer
Objectif majeurs de la division cellulaire
Créer 2 c génétiquement identiques
—> propager le matériel génétique
Le cycle cellulaire c’est: (4)
– La duplication du matériel géné’que et des autres macromolécules de la cellule
– La ségrégation des cons’tuants en deux c filles avec une transmission fidèle du génome à chacune d’elles
– La nécessité d’accomplir correctement tous les évènements d’un état avant de passer au suivant
– La présence de mécanismes de surveillance très stricts
types de division cellulaire (3)
fission binaire
Mitose
Méiose
Différence mitose et division mitotique
Mitose : l’étape du cycle cellulaire qui suit G2
division mitotique: cycle cellulaire normal complet chez les eucaryotes
exemples de cycle cellulaire normaux “atypiques” (4)
- “Niches et cellules souches” Asymétrie
- “Stress” Polyploidie
- “Différentiation” endoreplication et mitose acytokinétique
- “Spécialisation” Tétraploidie et sénescence
Polyploidie
Définition et exemple naturel
Multiples copies d’un complément génomique normal
(Ex. 4-8 copies de chaque chromosome au lieu de 2)
—> dépend souvent d’un processus d’endoréplication –
Réplication du génome sans cytokinèse (division)
• ex. L’endoréplication causant un syncytium dans l’embryon précoce drosophile
—> polyploïdie “transitoire” naturelle
—> période ou les noyaux sont suspendus dans un seul compartiment de l’oeuf, comme une cellule géante
—> Suite à une série de cycles cellulaires complets (sans cytokinèse), quand plusieurs milliers de noyau ont déjà été produits, ce qui crée un syncytium, le mouvement des noyaux vers la périphérie de l’embryon causera finalement l’apparition des membranes plasmiques séparant les noyaux dans des cellules individuelles
Syncytium
structure in which multiple nuclei share the same cytoplasm, without being separated into distinct cells by membranes
—> when cells fuse or fail to fully divide during cytokinesis
endoréplication
1 - la réplication suivi d’une mitose sans cytokinèse
—> Polyploïdie: Les chromosomes retiennent leur identité individuelle (1 - sans cytokinèse)
—> chromosomes restent condensés de manière normal
2- la réplication sans re-former de nouveaux noyaux en télophases
—> Polyténie: chromosomes deviennent extrêmement grands en raison de multiples cycles de réplication de l’ADN sans séparation par mitose (ni division cellulaire ni formation de noyaux distincts)
—> chromosomes polyténiques sont visibles au microscope et ont des bandes caractéristiques dues à la structure répétitive de l’ADN
Le cancer est un problème de ? (2)
- perte de contrôle de freq de la division cellulaire
- Génome instable
Implique possiblement:
- Polyploïdie
- Aneuploïdie
- Réarrangements
- Mutations
Inhib du cycle = stratégie prometteuse comme traitement effectif contre cancers
La “balance proliférative”
- Croissance (perte < prolifération)
- Maturité (perte = prolifération)
- Sénescence (perte > prolifération)
Sénescence - de vie (pas sénescence cellulaire)
2 caractéristiques base du cycle cellulaire
Phases du cycle cellulaire
interphase
• Go - Quiescence, la c quile le cycle cellulaire
- Soit : Absence de signaux de croissance
- Soit: Signaux anti-prolifératifs (i.e. inhibition de contact)
- Soit : Présence de signaux pro-différenciation (souvent irréversible)
• G1 : Phase de croissance cellulaire (masse) incluant la multiplication des organelles, préparation à la réplication de l’ADN, s’assurer que toutes les conditions pour la réplication/mitose sont présente avant le point de restriction
• S : Synthèse active d’ADN, réplication organisée du génome en vue de la division
• G2 : AND dupliqué, continuité de la croissance pré-mitotique avant la division cellulaire, préparation de certaines organelles spécifiques pour la mitose
mitose
• M : Mitose (division cellulaire): Condensation et ségrégation des chromosomes, cytokinèse (parfois appelée phase Cy) pour donner naissance à 2 cellules filles
Différence croissance cellulaire , division et prolifération
”croissance” —> l’augmentation de la masse (volume) d’une c
“division” —> la multiplication d’une c
“prolifération” —> la multiplication d’une population de cellules.
Régulateurs du cycle cellulaire conservés dans évolution ou non?
Oui
La majeure partie de nos connaissances de base sur la régulation du cycle cellulaire ont été obtenues avec l’aide d’organismes modèles.
—> ont des particularités qui leur permettent de mieux (ou plus rapidement) répondre à certaines ? expérimentales (il faut les connaître)
—> * Cette dynamique évolue maintenant avec l’apparition des techniques modernes de manipulation du génome chez les mammifères (séquençage et éditage de genes (voir forum de discussion))
Criblage génétique chez la levure pour identifier quoi?
Pourquoi levure? Problème et solution
L’identification de mutantes cdc (cell division cycle) du cycle cellulaire
1ere Étape: Criblage pour identification de mutants qui ne forment pas de colonies à la temperature restrictive
—> quand le gène d’intérêt est inhibé
2eme étape:classification cytologique et temporelle du point d’action des gènes cdc du cycle cellulaire
Organisme clé pour la découverte des Cyclines
Oursin de mer (embryons)
• ovocytes transparents
• divisions cell. Rapides et synchrones (ttes les c se divisent en mm temps)
• facile d’obtenir bcp d’embryons
L’œuf de la grenouille Xenopus laevis utilisé pour?
Utilisé pour isoler les protéines à un stade particulier du cycle cellulaire
—> peut induire un «cycle virtuel» dans un extrait de protéines isolées d’œufs de grenouille
—> éliminer une protéine spécifique de l’extrait permet d’observer les changements induits au cours du cycle virtuel
Système clé pour l’étude de la phase G1
C d’organismes vertébrés en culture
Ex. C HeLa
Heterocaryon
C avec 2+ noyaux de nature distincte
—> outil puissant pour déterminer quel génotype/phénotype domine
• par fusionnement forcé
Heterocaryons ont permis comprendre quoi du cycle cellulaire?
Si les événements sont séquentiels et dépendants
Ou
Il y a un «contrôleur» central
•Les événements du cycle sont contrôlés par des mécanismes indépendants.
•L’initiation d’une étape dépend de l’achèvement de l’étape précédente.
•Les événements ont lieu qu’une seule fois par cycle.
•Contrôle on-off pour chaque étape.
•DONC Pas de contrôleur central et pas d’effet domino!
•=> La progression du cycle cellulaire est plutôt sous la surveillance des
points de contrôle (aussi connus sous le nom de checkpoints).
Conclusions des expériences de fusion de c somatiques (3)
Les Cyclines
• Famille de protéines
• Partage des régions d’AA (cyclin box)
• Régule les CDK
• Accumulation cyclique dans l’interphase et dégradation abrupte autour de la mitose
• 1⁄2 vie courte
2 types:
- Cyclines G1
- Cyclines mitotiques
Cyclines G1
• Cyclines C (G0),D et E,
—> pic d’expression en G1 et G1/S
• Cycline E promouvoit l’entrée en S
• Turn over rapide
• 1⁄2vie:30min
Cyclines mitotiques
• Cyclines A et B,
—> pic en G2/M
• AugmentaIon progressive durant l’interphase
• Pic puis dégradaIon
rapide durant la mitose
Mode d’action des cyclines (4)
• Une cycline peut se lier à une variété de CDK et vice versa
• Complexe cycline-CDK→régulation négative ou positive par phosphorylation de la sous-unité CDK
• Cycline sont rapidement dégradée = si pas de cycline, pas de progression dans le cycle
• Complexe Cycline-CDK actif = cycline lié à son CDK et peut à son tour activer d’autres voies par phosphorylation (i.e. voie Rb-E2F)
Découverte des cycline 2 étapes
- Identification chez l’oursin (biochimie - pics pendant le cycle)
- Clonage (biologie moléculaire)
Cycline A- palourde
Cycline B - oursin de mer & levure S. Pombe
Homologues de CDK1 qui ont aidé sa découverte
Cdc2
Cdc28
—> encodent kinases similaires dans levure (Cervisea & Pombe)
—> préservation entre espèces (séquences homologues très similaires)
CDK importantes pour le cycle cellulaire
1,2,4,6
—> 7,8,9 = transcription de gènes
Rôle des cyclines en phase G1, S et M
G1: accélèrent passage de G1
S: requises pour initier la réplication d’ADN
M: stimulent événements mitotiques
Régulation de transcription de cyclines en phase G1
• Transcription induite par ft E2F
• Transcription inhibée par protéines Rb
—> cycline D synthétisée suite à liaison de ft AP-1 (Jun, Fos)
• se lie à CDK4
• phosphoryle Rb
—> Rb phosphoryle relâche E2F
• transcription de Cyclines E et A
Cycline B activation et dégradation
activation
—> Pendant la phase G2, la cycline B s’accumule et s’associe à CDK1 pour former un complexe inactif
• a besoin de modifications post traductionelles pour s’activer
degradation
APC —> (Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome)
• À la fin de la mitose
—> dégradation de la cycline B inactive CDK1
—> permettant ainsi la sortie de la mitose et la transition vers la phase G1
Localisation des cyclines clés lors des transitions G1-S et G2-M
G1-S —> cycline D
G1: dans noyau - effecteur
S : hors noyau phosphorylé - pas d’effet
G2-M —> cycline B/CDK1
G2: hors noyau
M: dans noyau phosphorylé - effecteur
phosphorylation des cyclines contrôle leur localisation
Cyclines et CDK selon le cycle cellulaire
Seule CDK essentielle à la viabilité cellulaire chez les mammifères
CDK1 (mitotique)
—> les autres sont partiellement redondantes
Cyclines selon les étapes du cycle cellulaire
La phosphorylation de RB est assurée par?
Induit quoi?
phosphorylation assurée par
• Cdk4/6 - cyclines D (phase G1 précoce)
—> phosphorylation réduit l’affinité de Rb pour E2F, permettant à E2F de s’activer
—> E2F se lie à des séquences spécifiques dans les régions promotrices des gènes cibles, —> cycline E
• Cdk2 - cycline E (phase G1 tardive)
—> complexe Cycline E/CDK2 phosphoryle davantage Rb, renforçant la libération d’E2F et amplifiant la transcription des gènes nécessaires à la progression vers la phase S (ex. Cycline A)
—> promouvoir synthese et replication du genome
Activation E2F dépend de Rb et de quoi? (2)
Rb, p107 et p130
P130 : TRÈS represseur
P107 : moins represseur
Rb: moins puissant des represseurs
2 familles de CDKi chez mammifères
(Levure?)
1) Famille Ink4 :
• protéines p15, p16, p18, p19
• inhibe CdK4/6
p16ink4a : suppresseur de tumeur essentiel
—> Prévient la progression du cycle cellulaire très tôt G0/G1
2) Famille Cip/Kip:
• protéines p21, p27, p57
• inhibe Cdk2 (S) & Cdk4/6 (G1-S)
—> stabilise CDK4/6 (début G1)
p21waf : rôle clé dans la réponse aux dommages de l’ADN médiée par p53
—> Régule l’activité CDK-Cyclines de façon négative en G1/S/G2
—> (via CDK2 qui est actif jusqu’en début G2)
—> une seule famille CDKi chez levure
(Sic1)
Pourquoi réguler le cycle cellulaire par phosphorylation?
• événements du cycle cellulaire ne se succèdent pas de façon automatique —> nécessite donc une capacité de réponse rapide à des changements dans l’environnement
—> réponse en milli-seconde vs en min/hr par régulation de l’expression génique
• régulation doit être réversible pour permettre un arrêt et un retour dans le cycle cellulaire
Structure des kinases
• structure générale très similaire
• distribution des charges à la surface très différente
Pouquoi la spécificité des kinases est importante ? (2)
Comment?
1) ~700,000 sites de phosphorylation potentiels pour chaque kinase dans une cellule
2) perte immense d’ATP
—> spécificité via motif consensus pour phosphorylation
—> ~4 as de part et d’autre du site de phosphorylation contribuent à la specificite
Qu’est-ce qui définit la spécificité des kinases? (3)
1) dimension du site catalytique
—> Profondeur définit si peut phosphoryler
• tyrosines (besoin plus d’espace)
• Sérine et thréonine (site catalytique moins profond)
2) charges dans le site catalytique
—> CDK : SPXK
3) sites d’interaction distaux
—> ⬆️ la [substrats] locale à proximité du domaine kinase
Base structurale de l’activation des CDK
0 Structure Fermée
—> boucle T bloque le site actif
—> activation partielle
• entrée des cyclines (pas suffisant pour activer CDK)
• libération partielle du site actif
• sortie partielle de la boucle T
—> activation complète
• via phosphorylation par CAK (Cdk-activating Kinase)
complexe CAK mammifère
ressemble à un complexe CDK-Cyclin : phosphoryle CDK lié à Cycline
—> niveaux de CAK sont relativement élevés durant tout le cycle cellulaire,
• l’activité semble réduite en G0 (et ⬆️ dans les cellules cancéreuses)
—> pas un régulateur des phases du cycle cellulaire
—> phosphorylation de T160 contribue à la spécificité des CDK
Qu’est-ce qui détermine spécificité des couples Cycline-CDK? (3)
Sous unités Cycline et Cks (Cyclin-dependent kinases regulatory subunit 1) - adaptateur pour cibler phosphoproteines
1) distal hydrophobique (RXL)
2) site consensus SPXK
3) Cks1 : ex. de sous-unité addi5onnelle du complexe CDK qui va augmenter la spécificité pour les bon subtrats
motifs d’interaction sur inhibiteurs des cyclines (CKI) et substrats des CDK
Forme active de CDK (4)
0) ATP
1) couplage CDK-Cycline
2) CAK —> phosphoryle Threonine160 sur boucle T
3abc) spécificité de liaison
4) Cdc25 actif - Tyr15 dephosphorylé dans le site actif de CDK
Wee1 et Cdc25
Wee1 - kinases
—>phosphoryle aa Tyr14, Tyr15 dans le site actif CDK
—> inhibent activité de l’enzyme
Cdc25 - phosphatases
—> enlèvent les phosphates mises par Wee1
Inhibition des CDK par CIP-KIP et INK comment? Mécanisme?
• Cip/Kip stabilizes (increase activity) of early G1 CyclinD-CDK4
• Cip/Kip inhibit kinase activity of complexes in G1/S and S
(Cycline E & Cycline A)
• INK4 inhibit interaction CyclineD-CDK4
