Cycle cellulaire Flashcards
Quelles sont les 4 phases du cycle cellulaire ?
Qules objectifs ? (3)
Quels buts ? (3)
4 phases :
• Phase G0 : phase de quiescence : la cellule différenciée (pneumocytes type II,
cellules sécrétrices sont en phase G0).
§ Phase G1 = phase d’entrée dans le cycle cellulaire.
§ Phase de réplication de l’ADN (S) : synthèse d’un double brin à partir d’un simple brin.
§ Phase G2 = préparation à la mitose. : vérification que la réplication de l’ADN est faite correctement.
§ Mitose (M) = séparation d’une cellule en 2 cellules.
• Objectifs :
§ Dupliquer le matériel génétique.
§ Partager le matériel génétique.
§ Contrôler le processus pour une reproductibilité parfaite.
• Buts :
§ Reproduction : production de gamètes.
§ Développement/croissance : réplication.
§ Réparation.
En phase G0 quels sont les 2 états possibles de la cellule ?
Cellules quiescentes :
§ Quiescentes : souvent en différenciation terminale = sans jamais re-rentrer dans le cycle cellulaire (neurons) ou sous-stimulation (ex : rencontre de l’antigène approprié) re-rentrée en G1 et enchaîner quelques cycles.
§ Mais fonctionnelles : elles assurent leur fonction au sein de l’organisme (telles que sécrétion, attaque de pathogènes, conduisant des impulsions nerveuses…).
• Cellules sénescentes :
§ En réponse à des lésions ou de la dégradation de l’ADN qui rendrait les cellules filles non viables.
§ Une alternative biochimique à l’auto-destruction par apoptose.
Quelles sont les 2 étapes de la phase G1 ?
Phase G1 précoce :
§ Réception par la cellule qui est en G0 de signaux souvent extracellulaires (facteurs de croissances, facteurs mutagènes).
§ Conduit la cellule à synthétiser les protéines qui vont conduire à la
préparation de la réplication de l’ADN.
§ Point de contrôle : G1 précoce ou alors on passe ce point de contrôle.
• Phase G1 tardive : = point de non retour
§ Phase S pour se répliquer ou alors la cellule rentre en apoptose.
Principe de la phase S ?
Réplication de l’ADN = phase S :
• Interphase : passage d’un chromosome non répliqué souvent non condensé (non visible en microscopie) à une phase S de réplication de l’ADN = chromosome dédoublé non condensé centré par le centromère
Phase G2 :
Phase G2 :
• Phase de division du cytoplasme.
• Phase de vérification que l’ADN est bien dupliqué
Quelles sont les différentes étapes de la mitose ?
• Disparition du noyau, polarisation de la cellule, condensation de la chromatine, centrage des chromosomes puis séparation de chaque brin d’ADN.
• Prophase :
§ Destruction du noyau et condensation des chromosomes.
§ Empaquetage de la chromatine sur des protéines (histones++).
§ Chromatine condensée crée le chromosome tel qu’on le connait.
• Prométaphase.
• Métaphase :
§ Chromosomes condensés se centrent sur l’équateur de la cellule
(modifications du cytosquelette de la cellule) => apparition de la polarisation de la cellule.
§ Régulation protéique de cette phase de centrage (blocage ou favorisation du centrage des chromosomes).
§ Régulation mécanique++ (microtubules du cytosquelette), polarisation au sein d’une même cellule qui interagît avec le mécanisme du fer.
• Anaphase :
§ Les bras de chaque chromosome se séparent.
§ Le cytosquelette tire sur les 2 bras de chromatine.
• Télophase :
§ Formation des noyaux dans les 2 cellules filles.
§ Séparation des 2 cytoplasmes cellulaires.
§ Image d’un ballon de baudruche séparé en 2.
Comment montrer l’existence d’un signal cytoplasmique de régulaation du cycle cellulaire ?
Quels sont les 2 points de contrôle majeurs du cycle cellulaire ?
Expériences de fusion des cellules dans les différentes phases du cycle cellulaire.
• Cellule en phase de mitose : chromatine condensée, un chromosome è cellule fusionnée avec une cellule en phase G1 : la chromatine du noyau de la cellule G1 commence à rentrer en mitose : se condense et essaye de se séparer mais ça ne marche pas (il n’ya pas eu de réplication en phase S)
• => Dans la cellule M, il y a un certain nombre de protéines qui vont conduire à la séparation de la cellule en G1 (alors que cellule en G1 ne fait rien sur la cellule en mitose).
• Les principales protéines impliquées dans cette régulation = les cyclines.
• Les points G1-S et G2-M sont les points de contrôle majeurs du cycle cellulaire.
Quelles sont les 4 cyclines principales ?
Quand apparaissent-elles ?
Par quelles protéines sont-elles contrôlées ?
• Les cyclines sont des protéines qui vont apparaître dans le cytoplasme des cellules qui rentrent en phase G1.
• 4 cyclines principales :
§ Cycline D (phase G1 précoce).
§ Cycline E (phase G1 tardive pré-phase S).
§ Cycline A (passage à la phase G2).
§ Cycline B (conduit à la mitose).
• Les cyclines sont contrôlées par des protéines kinases (CDK) = lien avec voies de phosphorylation kinases dépendantes.
Fonctionnement des CDK ?
Les cyclines D, E et A intéragissent avec quelles CDK ?
Cyclin dependant kinase (CDK) :
§ Phosphorylent certaines sérines ou thréonines de la protéine cible.
§ Des CDK spécifiques existent pour les différentes phases du cycle.
§ Les CDK doivent être elles-mêmes phosphorylées par d’autres kinases pour assurer leur fonction.
§ Complexes spécifiques CDK + cycline spécifiques (conduit à la
prolifération cellulaire) :
* Cycline D ne peut que interagir avec avec CDK4/6.
* Cycline E avec CDK2.
* Cycline A avec CDK1 et CDK2.
Complexe : Cylcine/CDK :
Lesquelles sont toujours présentes dans le cytoplasme ?
Quelle modification doivent subir les complexes Cycline/CDK pour être activés ?
Les cyclines sont spécifiques pour les différentes phases du cycle (D, E, A, B) et elles vont phosphoryler un certain nombre de résidus protéiques.
§ Cyclines et CDK = métronome au sein de la cellule et les Cdk sont toujours présents dans le cytoplasme mais ce sont les cytokines qui sont absentes au départ et qui apparaissent => complexe CDK/Cycline et le cycle cellulaire avance (si l’un des 2 n’est pas là, cela ne fonctionne pas = 2 façons de réguler le cycle cellulaire).
§ Phase G1 = Cycline E/cdk2, Phase S = cycline A/cdk2 et phase G2 = cycline B/cdk1.
§ Complexes cycline/Cdk doivent être phosphorylées pour être activées et déphosphorylées.
Quel est le rôle de cdc25 ?
Complexes cyclines et CDK : phosphatase cd25 :
§ Complexe cycline/Cdk phosphorylé en thréonine 161, et phosphorylé en thréonine 14 => double phosphorylation = le complexe ne fonctionne pas.
§ Déphosphorylation par phosphatase = cdc25 => il ne reste plus que la thréonine 161 qui va conduire à un complexe actif è va permettre la progression du cycle cellulaire.
§ Régulations :
* 1/ Bonne cycline et cdk synthétisés en interagissant ensemble.
* 2/ Cdc25 retire phosphorylation qui l’active.
=> Nombreux paramètres pour la poursuite du cycle cellulaire (voies de signalisation qui agissent sur le cycle cellulaire).
§ Chaque cdc25 est spécifique d’un complexe cycline/cdk (cdc25A, cdc25B, cdc25C).
Résumé :
Différentes combinaisons de cyclines-CDK à différents stades du cycle cellulaire :
§ Cycline D è cycline E è cycline A è cycline B.
§ Ces cyclines se fixent au Cdk et c’est la phosphorylation puis
déphosphorylation qui va permette l’avancée dans le cycle cellulaire.
cf incono
Transition de la phase G0 en G1 :
Quelles sont les 2 voies de signalisation qui permettent cette transition ?
G1 précoce : cycline D/CDK4-6 : activation par les MAP kinase et AKT.
L’activation des MAP kinases et de PI3K induit la prolifération des cellules :
§ Phosphorylation récepteur transmembranaire par fixation du ligand ou mutation du domaine kinase è activation ras/raf /MAP kinase ou PI3K/Akt.
§ Les 2 voies de signalisation sous-jacentes vont contrôler le gêne de la cycline => pour apparition de la cycline il faut une activation des 2 voies :
* MAP kinase/ras : activation du gêne de la transcription de la cycline (l’a fait apparaître) = AP1.
* PI3K/Akt : régule la quantité de cycline disponible.
De quel facteur de transcription dépend la cycline D ?
Régulation transcriptionnelle de la cycline D par les MAP kinase :
§ Le gêne de la cycline D est sous la dépendance d’un facteur de transcription = AP1.
§ AP1 est inactif dans des cellules non stimulées.
§ AP1 devient actif après action des MAP kinases è transcription de la
cycline.
Comment est activée Akt ?
Que permet Akt dans la régulation de la cycline D ?
- Utilise un récepteur à activité tyrosine kinase PI3K => activation Akt par phosphorylation
- Akt phosphorylé va réguler la dégradation de la cycline : Akt dans le cytoplasme => phosphorylation d’un résidu qui stabilise la cycline
qui n’est pas dégradée (se maintien dans le cytoplasme) => complexe cycline D/cdk 4-6. ( cycline = protéine instable qui se dégrade très vite par ubiquitination !).
Par quel facteur de transcription et protéine est régulée la phase S ?
Par quel mécanisme ?
Le cycle cellulaire est contrôlé par le facteur de transcription E2F : interagit avec la protéine Rb.
§ Rb et E2F sont ensembles.
§ Si Rb n’est pas phosphorylé (ou peu) = interaction maintenue et E2F est inhibé => pas de réplication de l’ADN.
§ Quand Rb est phosphorylé = plus de fixation à E2F qui devient actif => transcription de la cycline E et des protéines de réplication de l’ADN.
§ Rb = protéine importante pour empêcher l’entrée en cycle cellulaire.
Patients avec perte de Rb (constitutionnelle ou acquise) = phosphorylation de Rb = plus de Rb = E2F constamment activé et donc les cellules sont hors cycle cellulaire = rétinoblastome = cancer à petites cellules pulmonaires.
Par qui est phosphorylé Rb ?
Que permet la libération de E2F activé ?
- Les complexes cyclines D/cdk4-6 cycline E/cdk2 vont phosphoryler Rb. (Rb est phosphorylé par les complexes cyclines/Cdk activés)
- E2F libéré => transcription de facteurs de réplication qui vont conduire à des boucles de réplication de l’ADN : mise en place de complexes protéiques permettant la réplication, les enzymes de réplication de l’ADN et les complexes qui permettent de condenser cet ADN répliqué.
Résumé transition à la phase S :
Cycline E/Cdk2 phosphorylé puis déphosphorylé = activé => active E2F via la phosphorylation de Rb => activation de la phase S => protéines permettant la réplication de l’ADN.
Phases de la mitose ?
Alignement (métaphase) :
* Chromatine condensée autour de complexes protéiques :
1/ kinétochore = complexe protéique permettant interaction avec
microtubules.
2/ Centrosomes qui polarisent la cellule.
3/ Cohésine qui va serrer les 2 bras condensés d’un chromosome
Séparation (anaphase puis télophase) :
* Une fois que les chromosomes sont centrés sur l’équateur de la cellule.
* Cohésine faisant le lien entre les bras d’ADN va être lysée par la séparase.
Quelle protéine permet la séparation des chromosomes ? comment ?
Par quelle protéine est-elle activée ?
- Séparase => séparation des chromatides par Dégradation cohésine
- APC = protéine = complexe protéique avec cdc20 = facteur favorisant le cycle cellulaire puisqu’il permet l’anaphase (séparation des brins de chromatides). => activation de la séparase
Quel complexe active APC ?
Le complexe APC/cdc20 active la séparase lorsqu’il est phosphorylé.
§ Phosphorylation par CDK1/Cycline B qui active APC/cdc20 è activation
séparase qui lyse la cohésine.
§ Autres protéines nécessaires à l’anaphase = polo like kinase (plk) : favorisent le cycle cellulaire (potentiellement oncogéniques et ciblables par des médicaments).
§ Différentes phosphorylations régulent l’activité de APC.
Comment agissent P21 et P16 ?
- p16 et p21 = kinases qui interagissent avec le complexe cycline/cdk :
* p16 inhibe le complexe cycline/cdk en le dissociant.
* p21 inhibe TOUS les complexes cycline/cdk en se fixant dessus.
Quel lien entre P16/P21 et les cancers ?
Lien avec le cancer :
§ Ce sont des protéines qui dissocient les complexes cyclines/cdk et empêchent le cycle cellulaire (prolifération cellulaire).
§ Protéines qui sont suppresseurs de tumeurs = protègent contre la
prolifération cellulaire.
§ Ces gênes p16 et p21 doivent protéger la cellule d’un cycle cellulaire
inadapté.
§ Quand il y a un stress cellulaire/mutation/oncogènes è leur activation doit permettre d’éviter la formation des complexes cycline/cdk sur une cellule qui ne va pas se répliquer correctement.
§ Perte de p16 et p21 è plus cette protection.
Comment est dégradée P53 ? Quelle demi-vie ?
Régulation de p53 :
§ La protéine p53 est instable, sa durée de vie est très courte < 20 minutes (fonctionne un peu comme une cycline).
§ Présente en conditions normales en permanence comme un mécanisme de surveillance permanent (et dégradée immédiatement).
§ Dans des conditions normales, p53 est pratiquement indétectable.
§ Régulation par la protéine MDM2 qui se fixe sur p53 et induit la dégradation de p53 par ubiquitination => si perte de MDM2 = p53 stabilisé.
Que se passe-t-il si P53 est activée ?
Quelle différence avec P16 et P21 ?
Activation de p53 : protection contre signal oncogène :
- En situation de stress => apparition de p53 qui n’est plus dégradé.
- Activation oncogénique et blocage de la division cellulaire pour que la cellule cancéreuse ne prolifère pas => on empêche la fixation de MDM2 à p53 qui se stabilise et entraîne la destruction de la cellule = blocage ultime du cycle cellulaire (mort de la cellule).
- Alors que p16 et p21 n’entraînent pas la mort de la cellule.
Quel est le rôle de P19ARF ?
P19ARF est un activateur de p53 :
§ P19ARF se fixe sur le complexe MDM2-p53 conduit à la dégradation de
MDM2 et à la stabilisation de p53 qui va s’accumuler dans les cellules
cancéreuses.
§ P19ARF induit à la stabilisation de p53 è arrêt du cycle cellulaire =>
apoptose cellule.
Quel lien entre P53 et P21 ?
P21 est un gène cible de p53.
Quel locus entraine la production de P16, p19, p21 ?
Que ce passe-t-il si on perd ce locus ?
Le locus INK4/ARF :
• p16, p19, p21 vont conduire à un arrêt du cycle = mécanismes de protection de la cellule contre un cycle cellulaire inadapté.
• Toutes ces protéines sont sécrétées par le même locus = INK4/ARF :
§ Conduit à la synthèse de p16,p21 et p19 (cadre de lecture différent).
§ Si perte de ce locus => plus d’inhibition des cyclines/cdk (p16 et p21), plus de stabilisation de 53 (via p19 ARF).
• Mécanismes de blocage du cycle perdus si perte de ce locus même si mécanismes multiples !!!!
Le locus INK4a/ARF active à la fois p53 et Rb
Synthèse :
- CDK et cyclines :
* Les complexes cyclines/cdk apparaissent sous l’effet d’un récepteur
transmembranaire activé MAP kinase/PI3K/Akt, stabilisées et
phosphorylation cycline/cdk.
* Cycline D/E/A vont permettre la phosphorylation de Rb et la libération de E2F => transcription et passage en phase S.
- Rb = gène suppresseur de tumeur. Inhibe le complexe E2F qui contrôle la phase S.
- Phosphorylation Rb => cycle cellaire
- La cycline D est activée par les mitogènes.
- P16INK4 :
- Signaux inhibiteurs : p16 et p21 qui inhibent les complexes cycline/cdk en les séparant : évite en phase G1 de passer à la phase S.
Exemples dans les cancers de perte du locus INK4 fréquent.
Cibles thérapeutiques dans ce cyle ?
Ciblage des régulateurs = ciblage des Cdk = CDK4/6 (Palbociclib, abemaciclib) par exemple :
§ Inhibe les CDK qui sont tout le temps présents dans les cellules.
§ Toxicité car présents dans tous les tissus.
Ciblage des effecteurs :
§ Histone déacétylase : empêche le déroulement de l’ADN au sein des histones => blocage de la phase S è nécessité pour les complexes E2F d’être acétylés par l’histone acétylase au sein de ces complexes de réplication => bloque les complexes de réplication de l’ADN.
§ Aurora et Polo-kinases (centrosomes) :
* Aurora A et B : joue sur le contrôle de la séparation des centromères.
* Polo-kinase : qui active APC qui permet l’activation de la séparase au
niveau de l’anaphase.
Ciblage des récepteurs : le récepteur de Cdk = empêche la formation des complexes cycline C/D/E/A avec les différentes Cdk è empêche la cellule de se diviser (pas de phosphorylation de Rb) = agit à la phase précoce et tardive de G1.
