Cours 7 - Cycle cellulaire partie 1 Flashcards
Pourquoi s’intéresser au cycle cellulaire ? (3)
1- À la base, le cycle cellulaire est absolument essentiel pour la formation et la survie d’organismes
multicellulaires
2- Plusieurs processus développementaux dépendent de cycles cellulaires spécialisés
3- La prolifération aberrante des cellules cancéreuses dépend d’altérations du cycle cellulaire
(simultanément une conséquence et une cause du cancer)
Mitose vs division mitotique ?
- Mitose : étape du cycle cellulaire qui contient l’acte de la division
- Division mitotique : cycle cellulaire normal complet chez les eucaryotes
Est ce qu’un cycle non standard donnent nécessairement des cellules anormales ?
Non y’a des cycles cellulaires atypiques (ne sont pas pour autant nocifs)
Donne 4 exemples de cycles cellulaires atypiques
- Niches et cellules souches (asymétrie) : avec neuroblaste par exemple
- Stress (polyploïdie) : polyploïdie résulte de l’endoréplication (réplication sans cytokinèse) dans les
cellules du foie et certains tissus spécialisés : larve de drosophile ou cardiomyocytes - Différentiation (endoréplication et mitose acytokinétique) dans le coeur
- Spécialisation (tétraploïdie et sénescence) placenta
Qu’est ce qui est souvent à l’origine des syncytium ? qu’est ce que c’est ?
Endoréplication précoce drosophile : cause un synctium
- Noyaux sont suspendus dans un seul compartiment de l’oeuf comme une cellule géante
- Plusieurs réplications de cycles cellulaires complets sans cytokinèse = créer un syncytium
- Le mouvement des noyaux vers la périphérie de l’embryon cause l’apparition de membrane plasmiques
Quelles sont les deux types d’endoréplication ?
2 Types d’endoréplication
- Réplication suivie d’une mitose dans cytokinèse : polyploïdie = les xsome retiennent leur identité
individuelle ; cell à pls noyaux - Réplication sans re-former de nouveaux noyaux : polyténie = les xsome reste en alignement précis
dans se séparer formant des xsome géant = permet à des cellules d’exprimer plus du produit d’un gène
Le cancer est avant tout un problème de cycle cellulaire
donne 2 points et 1 moyen de l’éviter
- Perte de contrôle de la fréquence de la division cellulaire
- Génome instable
= inhiber le cycle cellulaire est un traitement très prometteur contre tous les types de cancers
C’est quoi l’homéostasie ?
La déficience de la prolifération (avec des maladies qui y sont associées) ?
La déficience de la perte cellulaire (avec des maladies qui y sont associées) ?
- Homéostasie : équilibre prolifération et perte cellulaire = MATURITÉ
- Déficience de la prolifération : perte excessive vers la dégénération tissulaire = SÉNESCENCE
o Maladies neuro-dégénératives
o Maladies infectieuses
o Maladies hématologiques
o Maladies hépatiques induite par toxines et lésions ischémiques (perte hépatocytaire) - Déficience de la perte cellulaire : prolifération excessive vers le cancer = CROISSANCE
o Désordres auto-immuns
o Virus Latents
o Maladies hépatiques induite par toxines et lésions ischémiques (fibrose)
2 Caractéristiques universelles du cycle cellulaire ?
1- Réplication de l’ADN
2- Ségrégation des chromosomes
Les 2 grandes étapes du cycle cellulaire ? durée moyenne chez l’homme ? identique chez toutes les espèces ?
2 grandes étapes
1- Interphase : G0, G1, S, G2
2- Mitose : M
Chez l’humain, le cycle cellulaire peut durer 12-48 heures (36-48h)
Tous les cycles cellulaires ne sont pas identiques, pour mammifères = G1 – S – G2 – M – Cy
Qu’ont permis Les levures S. cerevisiase et S. pombe ? via quoi genre méthodes ou caractéristiques ? (4)
elles ont permis l’identification des mutants qui sont bloquer à une
étape du cycle cellulaire
a. Morphologie des cellules est diagnostique de l’étape dans laquelle elle se trouve
b. Cycle de vie haploïde = plus facile à trouver des mutants ou diploïde = permet analyses
génétiques complexes
c. Criblage : identifier cellules avec mutation empêche la progression dans cycle cellulaire = léthal
d. On utilise des mutants conditionnels (ex. sensible à la température) + effectuer un criblage avec réplica biologique
2 étapes pour identifier les mutants chez Les levures S. cerevisiase et S. pombe ? permis d’identifier quoi ? (2)
1ère étape : criblage pour identification de mutants qui ne forment pas de colonies à la température restrictive
2e étape : classification cytologique et temporelle du point d’action des gènes du cycle cellulaire (cdc)
i. Permis identification d’un grand groupe de gènes impliqué dans le cycle cellulaire et
la caractérisation de leur point d’action CDK1
ii. Analyse génétique complexe= détermine la relation fonctionnelle entre les gènes cdc
Qu’ont permis les Embryons d’oursin de mer Arbacia punctulata ? grâce à quelles caractéristiques ? (2)
les Embryons d’oursin de mer Arbacia punctulata ont permis la découverte des cyclines (cycline B) protéine qui augmente juste avant la division cellulaire puis
disparaît brusquement quand la division est complétée
a. Ovocytes transparents et division cellulaires rapides + synchrones (meilleur pour microscopie)
b. Facile d’avoir de grande quantité de cet organisme
En quoi les Oeufs de la grenouille Xenopus Laevis sont un système clé pour l’analyse du cycle cellulaire ? MPF (cdk1-Cycline B) (3)
a. Avantage majeur pour biochimie : facile d’avoir bcp d’oeufs
b. Peut induire un cycle cellulaire virtuel dans un extrait de protéines isolées = système unique
pour caractériser la fonction des régulateurs du cycle cellulaire par immuno-déplétion
c. Isoler des protéines à un stade particulier + utiliser pour éliminer une protéine particulière
En quoi les cellules d’organismes vertébrés en culture (ex. cellules HeLa) ont été importantes ? (2)
a. Important pour identification et caractérisation des éléments de la régulation de la phase G1
b. Système de validation et de raffinement des mécanismes cellulaires
C’est quoi les hétérocayons ? a quoi ça a servi ? (2) Les exp de Rao et Johnson ont montré quoi ? (3)
Cellule contenant 2 ou pls noyaux de nature distincte (ex. poulet + humain)
- Outil très puissant pour déterminer quel état cellulaire ou génotype domine sur un autre
- Permet compréhension du cycle cellulaire : domino (événement séquentiel et dépendant) vs oscillateur
(contrôleur central)
a. G1, S G2 + M = M via MPF
b.G1 + S = S via SPF
c. G2 + S = G2 et S (pas de new duplication
Ça prouve que les facteurs mitotiques sont plus forts que ceux en interphase mais y’a quand mm des check point
Qu’est-ce qui contrôle la progression dans le cycle cellulaire ? Donne 4 Check points
1- G1 Checkpoint = point de restriction avec la protéine Rb, est-ce que l’environnement est favorable ?
2- S checkpoint = réparation durant réplication ADN mais plus permissif car ralentit seulement n’arrete pas le cycle comme les autres
3- G2 Checkpoint = avant d’entrer dans la phase M, est-ce que l’ADN est bien répliqué ?
4- Checkpoint métaphase = est-ce que les chromosmes sont bien attachés ?
Donne 5 caractérisques générales des cyclines
- Régule les membres d’une famille de protéines kinases (CDK)
- Accumulation cyclique dans l’interphase et dégradation abrupte autour de la mitose
- Cycline = ½ vie courte
- Nécessité d’un partenaire protéique = cycline dependant kinase = CDK
- Redondance, complexité et variabilité
Donne les 2 types de cyclines ainsi que leurs caractéristiques
- Cyclines G1
a. Cycline C en G0, Cycline D et Cycline E ; pic d’expression en G1 et G1/S
b. Cycline E promouvoit l’entrée en phase S
c. Turn over rapide
d. ½ vie de 30 minutes - Cyclines mitotiques
a. Cycline A et B ; pic en G2/M
b. Augmentation progressive durant l’interphase
c. Pic puis dégradation rapide durant la mitose
Les 2 étapes pour la découverte des CDK-cycline ? est ce qu’elles sont toutes importantes pour le cycle cellulaire ?
Étape 1 (Génétique)
- Identification des mutants cdc2 et cdc28 = finalement ils encodent pour des kinases similaires CDK1
Étape 2 (Conservation évolutive de la levure à l’humain)
- La séquence de l’homologue humain est très similaire à celle de cdc2 chez la levure
= Découverte de CDK1 et CDK2
Ce n’est pas toutes les CDK qui sont importantes pour le cycle cellulaire : ex. CDK7-8-9 sont importantes pour
la transcription des gènes
Donne le rôle des cyclines en G1, en phase S, en phase M ?
- Cycline en G1 : accélère le passage pour G1
- Cycline phase S : requise pour initier la réplication de l’ADN
- Cycline phase M : stimulent les événements mitotiques
Explique comment les cyclines régule transcription de la phase G1 vers S
Au début de la phase G1, la protéine Rb bloque le facteur de transcription E2F, empêchant ainsi l’activation des gènes nécessaires pour progresser vers la phase S. En réponse aux signaux de croissance, la Cycline D se lie à CDK4/6, formant le complexe Cycline D-CDK4/6 qui phosphoryle Rb. Cette phosphorylation libère E2F, qui peut alors activer la transcription des gènes de la phase S, y compris ceux des Cyclines E et A.
Ensuite, Cycline E-CDK2 renforce la phosphorylation de Rb, créant une boucle de rétroaction positive qui pousse la cellule de manière irréversible vers la phase S. Cycline A-CDK2 prend le relais en début de phase S pour assurer la réplication de l’ADN.
Donne les 4 cyclines présentes pdt le cycle cellulaire, à quelles CDK elles correspondent et à quel moment du cycle cellulaire ?
Cycle D - CDK4/6 : G1
Cycle E - CDK2 : S
Cycle A - CDK2/1 : G2
Cycle B - CDK1 : M
Explique comment les cyclines régule transcription de la phase S vers G2 (2)
1- Transcription est induite par les facteur de transcription B-Myb, NF-Y et FoxM1 en phase S
2- La transcription des cyclines n’est pas suffisante pour activer la CDK
Qu’est ce qui contrôle la localisation des cyclines ?
La phosphorylation des cyclines contrôle leur localisation
lors des transitions critiques du cycle cellulaire : G1 vers S et G2 vers M ou sont la cycline D et la cycline B-CDK1
- La cycline D passe du noyau (G1) au cytoplasme (S)
- La cycline B-CDK1 passe du cytoplasme (G2) au noyau en étant phosphorylé (Mitose)
Quelle est la seule CDK essentielle à la viabilité chez les mammifères ? pk ?
Les CDK sont partiellement redondantes chez les mammifères, donc seule la CDK mitotique (CDK1) est
essentielle à la viabilité cellulaire chez les mammifères
C’est quoi le but de la régulation du cycle cellulaire ? Rappelle les 4-5 checkpoints et les outils de contrôle (5)
But : s’assurer que les événements d’une phase soient accomplis avant le passage à une autre étape
Checkpoints :
Point de restriction R en G1, Passage de G1-S, Déroulement de la phase S, Passage de G2 à M,
Déroulement de la phase M
Outils de contrôles : cyclines, CDK, Rb, p53, CDKi
Rappelle nous comment se passe la régulation du point R via la protéine Rb, qui phosphoryle cette protéine ? (2)
- Protéine RB (rétinoblastome) : inhibe la prolifération cellulaire en contrôlant le cycle cellulaire par
l’intermédiaire du facteur transcriptionnel E2F - E2F stimule la transcription de gènes conduisant à la synthèse d’enzymes impliquées dans la division
cellulaire dont… DHFR, TK, TS, ADN polymérase, CDK, CDc et E2F - La phosphorylation de RB est assurée par les cyclines D-CDK4 et cycline E-CDK2
qui sont les inhibiteurs des CDK (CDKi) : Cip/Kip et INKs chez les mamifères ? chez les les levures ? leurs rôles ?
Mammifères
- INK : p15, p16, p18, p19 : inhibe la FORMATION de complexes cycline D avec CDK4-6
- Cip/KIP : p21, p27, p57 : inhibe les complexes cycline -CDK2, -CDK4-6 DÉJÀ FORMÉS et retarde la progression de G1 à S
Levures
- 1 seule CDKi : Sic1 : inhibe Cdc28-Cln et important pour le retour en G1 après la mitose
Donne nous plus de détails sur les deux types d’inhibiteurs de CDK (Cip/Kip et INKs)
1- Famille INK4 (protéines p15, p16, p18, p19) : ils vont inhiber 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 et CDK4-6. P21waf = rôle clé dans la
réponse aux dommages de l’ADN médiées par p53. Inhibe l’activation de CDK-cycline en G1-S-G2
via CD2 qui est actif jusqu’en début G2
C’est les gènes de quelle famille qui active la transcription du cycle cellulaire et ceux qui inhibent ?
Transcription des gènes encodant pour les cyclines induites par les FT membres de la famille E2F et inhibition de cette transcription par les protéines de la famille RB
Pourquoi réguler le cycle cellulaire par phosphorylation ? (3)
1- Les événements du cycle cellulaire ne se succèdent pas de façon automatique = nécessite une capacité
de réponse rapide à des changements dans un environnement
2- La régulation doit être réversible pour permettre un arrêt et un retour dans le cycle cellulaire
3- Peut avoir une réponse en milli-sec via la phosphorylation vs min/hr par expression génique
Est ce que la distribution des charges à la surface des kinases est essentielle à la spécificité avec leurs substrats ?
ouiiii
Quelle genre de kinase sont les CDK
Les CDK sont des kinases sérine-thréonine
Y’a t il une séquence particulière qui fait en sorte que les CDK reconnaissent leur substrat ?
oui Motif consensus pour la phosphorylation par CDK = SPXK. Environ 4 AA qui sont autour contribuent
à la spécificité des kinases
Mais c’est quoi le rôle d’une kinase enft ? (ici spécifiquement)
- Les protéines kinases transfèrent le phosphate en position gamma de l’ATP sur des résidus sérine,
thréonine ou tyrosine sur des protéine
Qu’est-ce que qui détermine la spécificité des kinases ? (3)
1- La dimension du site catalytique : les tyrosines ont besoin d’un site catalytique plus profond comparativement aux sérines et thréonine
2- Les charges dans le site catalytiques : phosphorylation de Thr160 sur la boucle d’activation de la kinase
contribue à la spécificité envers leurs substrats
3- Les sites d’interaction distaux : fct est d’augmenter la concentration locale des substrats à proximité du
domaine kinase
C’est quoi le rôle de SPXK et RXL ? de Cks1 ? ou se trouvent tous ces motifs ?
- Site de phosphorylation (SPXK) et motif RXL constituent le site de liaison en 2 parties pour les
complexes CDK-cycline - La protéine Cks1 agit comme un adapteur pour cibler les phospho-protéine (pour phosphorylation
supplémentaire) - Ces motifs d’interaction se trouvent dans les inhibiteurs des cyclines (CKi) et les substrats des CDK
(régulation position ou négative)
Comment se fait l’activation de la kinase CDK ? en 5 étapes
0-Structure fermée : CDK2 est inactif à cause d’une boucle T qui bloque le site actif + requiert ATP
boucle T du site actif de l’enzyme, mais pas suffisant pour l’activer (1% actif)
kinase (CAK)* = contribue à la spécifité des CDK envers leur substrat
Comment sont les niveaux de CAK durant le cycle cellulaire ? durant le cancer ? C’est lui même un régulateur du cycle cellulaire ?
Les niveaux de CAK sont relativement élevés durant tout le cycle cellulaire, mais l’activité semble réduite en
G0 (augmenter dans les cell cancéreuses). CAK n’est pas en elle-même un régulateur des phases du cycle
cellulaire, ou très peu
Est ce que les la phosphorylation est seulement une régulation positive ?
Les complexes CDK-CN peuvent faire de la régulation négative par phosphorylation = donc non, la
phosphorylation ne régule pas seulement de façon positive
Donne une kinase capable de faire une régulation négative et la phosphatase qui est capable de contrer cette régulation
- Kinase de la famille Wee1 qui phosphoryle des AA (Thr14, Tyr15) dans le site actif de CDK1 et inhibe
l’activité de l’enzyme car la phospho-tyrosine 15 bloque l’accès du substrat au site catalytique - Les phosphatases de la famille Cdc25 enlève les phosphate mis par Wee1
