Claire DEBOUT, MCU-PH Laboratoire d HISTOLOGIE EMBRYOLOGIE et de BIOLOGIE CELLULAIRE PAES SEMESTRE 1, CAEN

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1 11 MITOSE et CYCLE CELLULAIRE Claire DEBOUT, MCU-PH Laboratoire d HISTOLOGIE EMBRYOLOGIE et de BIOLOGIE CELLULAIRE PAES SEMESTRE 1, CAEN

2 LA MITOSE PROPHASE 2 asters PRO-MÉTAPHASE (la + longue) MÉTAPHASE (la + courte) ANAPHASE A et B TÉLOPHASE 2

3 LE CYCLE CELLULAIRE S Prix Nobel 2001 : Tim HUNT Paul NURSE Leyland HARTWELL G1 G0 Pool non prolifératif M G2 Pool prolifératif : ensemble des cellules qui parcourent activement le cycle cellulaire 3

4 De la chromatine au chromosome : Dans le noyau interphasique : 46 molécules d ADN > 2 m de long dans un noyau de quelques m de diamètre ADN internucléosomal nucléosomes Chromatine = x nucléosomes (H2A, H2B, H3 et H4 cœur du nucléosome) + l ADN internucléosomal lié à H1 1 molécule d ADN interphasique = +/- 5 cm de long 1 chromosome métaphasique = 10 m Condensation d environ 5000 fois grâce aux protéines d empaquetage : les histones 4

5 Préparation de la mitose grâce au cycle du centrosome centrosome = 2 centrioles protéines centrosomales dont SAK (kinases) séparase Hyperexpression des SAK séparation des centrioles duplication élongation maturation centrosomes surnuméraires divisions i i multipolairs l i = répartition inégale des chromatides entre cellules sœurs activité de cycline E-CDK 2 activité de CDK 1 ANEUPLOÏDIE CANCER 5 Sortie de M/G1 S G2 M

6 Le chromosome, le centromère et le kinétochore Fixation de 20 à 40 tubules centromère kinétochore Protéines non-histones : - topoisomérase II (phosphoryle H1) - condensine (Smc) (phosphoryle H3) - les protéines centromériques : (Aurora, B CENP-E, E survivine, MAD ) ) - les cohésines (= Smc 1/3) - les protéines motrices : (kinésines, dynéines) Complexe protéique kinétochorial Phosphoryle les H1 / H3 Compacte la chromatine Accroche les tubules Sépare les chromatides 6

7 Le fuseau mitotique et les chromatides Point de contrôle on/ off métaphasique ou contrôle de l assemblage du fuseau (SAC = spindle assembly checkpoint) accrochages incorrects tubules astériens tubules kinétochoriens tubules polaires accrochage amphitélique 7

8 Transition Métaphase - Anaphase Point de contrôle mitotique chromosomes polyubiquitinylation de la sécurine par l ubiquitine ligase (APC) dégradation sécurine par la voie du protéasome (APC est sous contrôle de MAD) aster Libération des chromatides grâce àla séparase (activée par le MPF) Séparase inactive métaphase sécurine Séparase active anaphase APC cdc20 cohésine APC : complexe promoteur de l anaphase 8 (ubiquitine ligase)

9 Déroulement du CYCLE CELLULAIRE (1) A/ Cycles brefs : M+S (cycles 1 à 7 des cellules embryonnaires) B/ Cycles longs : introduction des phases G (cycles 8-13, puis 14) C/ Distribution bi-modale d une population cellulaire, en fonction du contenu en ADN des cellules 9

10 Déroulement du CYCLE CELLULAIRE (2) Quelles cellules se divisent? A quelle vitesse? Cellules mitotiques : épithéliales conjonctives précurseurs sanguins précurseurs des gamètes Quelles cellules ne se divisent pas ou plus? Embryon : très rapide Cellules de l œuf = absence de G1 et G2 quand différenciation embryonnaire : augmentation progressive jusqu à la TMB Cellules différenciées : en fonction des durées de G1 et G2 durée de S +/- constante (80 minutes) Cellules post-mitotiques : obligatoires i = neurones musculaires plurinucléées facultatives=qq cellules glandulaires Cellules tumorales : lentement, non régulées, éh échappent tàl l apoptose 10

11 Déroulement du CYCLE CELLULAIRE (3) Télomère télomérase (TTAGGG) Horloge mitotique = limite de Hayflick Cellules saines : télomérase inactive Cellules embryonnaires : télomérase active Clll Cellules tumorales ou immortalisées : télomérase é active 11

12 Entrée en mitose Sortie de mitose = destruction MPF (APC) MPF = Cdk1-cycline B Régulation du CYCLE CELLULAIRE Période contrôlée par des facteurs de croissance Cdk1-cycline A M Cdk2-cycline D G2 G1 Cdk4-cycline D S R Cdk5-cycline D Cdk6-cycline D Cdk2-cycline A Cdk2-cycline E Entrée en phase S 12

13 Régulation du CYCLE CELLULAIRE cycline E cycline A cycline D cycline B G1 S G2 M 13

14 ACTIVATION DES COMPLEXES CYCLINE - CDK Exemple du MPF = [cycline B - Cdk 1] pré-mpf CDK1 inactif MPF actif Wee-1 Mitose CAK cdc25 Cyclin B Translocation nucléaire Ptc Shh cdc25 Polo kinase APC cdh1 CDK1 CAK et Wee-1 = kinases phosphorylantes h Ccd25 = phosphatase déphosphorylante Ptc (Shh récepteur) = retardateur de la mitose Cyclin B dégradée 14

15 LA PROTÉINE DU RÉTINOBLASTOME prb prb hypophosphorylé séquestre E2F prb = substrat de phosphorylation des complexes Cdk 4/6-cycline D et Cdk 2-cycline E prb = protéine inhibitrice : elle force la cellule l à ralentir sa progression dans la phase G1 Point de contrôle R 15

16 LA PROTÉINE p53 : gardienne du génome contrôle les lésions de l ADN p53 inactive p53 active Lésion de l ADN (mutation radio-induite, anoxie, ) - en phase G1 ATM (PI3K) phosphoryle p53 expression de p21 (CDKI) ARRÊT EN G1/S p21 Lésion de l ADN induite par les UV - en phase G2 ATM (PI3K) bloque la cdc25 stoppe la maturation du MPF ARRÊT EN G2 16

17 Entrée en mitose Sortie de mitose = destruction MPF (APC) MPF = Cdk1-cycline B * Cdk1-cycline A Régulation du CYCLE CELLULAIRE * Période sous contrôle Période des contrôlée facteurs de parcroissance des facteurs de croissance M prb Cdk2-cycline A G2 G1 Cdk4/6-cycline D p16, p21 S R * * p53 ATM cdc25 p21 p53 * ATM Entrée en phase S Cdk2-cycline E p21 p53 ATM * = Points de contrôle * 17

18 Contrôle de la prolifération cellulaire deux classes de gènes impliqués Gènes de prolifération = proto-oncogènes (dominant) (c-jun, c-myc.) codent pour des facteurs de transcription, les cyclines Oncogène hyperexpression MUTATION Gènes de répression Suppresseurs de tumeur = anti-oncogènes (récessif) (gènes Rb, p53, p21, Ptc, ATM ) codent souvent pour les CDKI Gène muté Prolifération anarchique = cancer inactivation 18

19 Chronologie des avancées conceptuelles en matière de cycle cellulaire et de sa régulation : 1902 : caractérisation du fuseau mitotique 1953 : réplication de l ADN 1970 : éléments du contrôle du cycle cellulaire 1971 : facteur de promotion de la maturation (complexe cycline B / cdc2 ou MPF) 1974 : le point R de restriction 1975 : régulation de cdc2 (Cdk1) 1980 : les centromères de la levure 1983 : caractérisation des cyclines 1988 :les«check-points» - clonage de Rb 1989 : p53 gène suppresseur 1993 :lescdki inhibiteurs de Cdk 1995 : APC le check-point mitotique 19

20 CYCLE CELLULAIRE ET MITOSE ( ) Pré-requis : connaître les étapes de la mitose quant à la ségrégation des chromosomes. OBJECTIFS La mitose : connaître Le cycle : connaître le fuseau Le cycle centrosomique La structure du kinétochore péri-centromérique les phases du cycle Les complexes cycline CDK Les différents points de contrôle du cycle Le rôle des protéines régulatrices Les gènes impliqués 20