Introduction. Rappel sur les chromosomes

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2 Introduction Théorie cellulaire : toute cellule est issue d une cellule L information génétique est transmise aux 2 cellules filles à chaque division Le génome de la cellule eucaryote : le matériel génétique est enfermé dans un compartiment membranaire : le noyau matériel génétique = chromosomes Rappel sur les chromosomes Chez l homme : 23 paires soit 46 chromosomes contenant chacun 1 molécule d ADN Ne pas confondre brins d ADN et molécule d ADN! 1 chromatide = 1 molécule d ADN = 2 brins d ADN 1 molécule d ADN = 1 fibre nucléosomique 1 chromosome peut contenir 1 ou 2 chromatide(s) selon le moment du cycle cellulaire 1 chromatide est formée d 1 molécule d ADN 1 molécule d ADN est formée de 2 brins complémentaires

3 Vue d ensemble du cycle cellulaire Il dure environ 10h chez l Homme La mitose dure environ 1h chez l Homme

4 La phase G0 = phase de repos attente de conditions favorables pour entrer dans un cycle cellulaire La phase G1 = accroissement de la cellule synthèse d ARNm et de protéines La phase S = réplication de l ADN (quantité 2) 1 molécule d ADN 2 molécules d ADN synthèse d ARNm et de protéines La phase G2 = transition fin réplication/mitose synthèse d ARNm et de protéines La mitose = division nucléaire (caryocinèse) puis division cytoplasmique (cytodiérèse) 1 cellule mère 2 cellules filles pas ou peu de synthèse d ARNm et de protéines Quand la cellule est en G1, si les conditions deviennent défavorables, retour possible en G0 mais la passage de G1 à S est irréversible. G0 G1 S

5 Le contrôle du cycle cellulaire 1) Points de contrôle Il en existe 3 : G1 S : environnement favorable? taille de la cellule ( 2)? G2 M : ADN répliqué? ADN intact? Métaphase Anaphase : chromosomes alignés dans le plan équatorial? chromosomes attachés au fuseau mitotique? Le franchissement de ces 3 points de contrôle est sous le contrôle des complexes protéiques Cdk = Cyclines dépendantes des Kinases.

6 2) Définitions Le contrôle du cycle cellulaire Phosphorylation : ajout d un groupement phosphoryle sur un composé organique Déphosphorylation : suppression d un groupement phosphoryle sur un composé organique Kinase : enzyme permettant d ajouter un groupement phosphoryle à un composé Phosphatase : enzyme permettant d enlever un groupement phosphoryle à un composé

7 P ATP P P Le contrôle du cycle cellulaire P P ADP P KINASE P PHOSPHATASE P phosphorylation déphosphorylation ou Active Inactive Active Inactive Active Inactive P = La phosphorylation induit des changements de conformation des protéines cibles et les actives ou les inhibes.

8 Les complexes cyclines/cdk et régulations Cdk ssu catalytique cycline ssu régulatrice Pour être activée, une Cdk doit être : associée à une cycline phosphorylée par une kinase = CAK Une fois actif, le rôle de ce complexe cycline/cdk est de phosphoryler des protéines. Il existe différentes cyclines qui peuvent s associer à différentes Cdk selon les moments du cycle : Au cours du cycle : [Cdk] = constante [CAK] = constante [cycline] = variable

9 1) Régulation de l activité des Cdk Un jeu de phosphorylation et déphosphorylation Exemple du complexe Cdk1/cycline B intervenant lors de la mitose : Il est actif pour la mitose mais est déjà présent en phase G2 sous forme inactive. Mécanisme? Initialement, Cdk1 et la cycline B sont dissociés Arrivée de la cycline B modification de la conformation de Cdk1 ouverture du site actif La kinase CAK peut alors phosphoryler le site actif sur Cdk1 Complexe Cdk1/cycline B actif

10 1) Régulation de l activité des Cdk Cdk1 + B Cdk1 B Complexe inactif = phosphorylation Cdk1 Mécanisme? Initialement, le complexe Cdk1/cycline B est phosphorylé en un site par CAK (donc actif) Il subit d autres phosphorylations par 2 kinases : Wee1 et Myt1 (sur des sites différents que CAK) Complexe Cdk1/cycline B inactif MAIS, ce complexe doit être inactif pendant la phase G2. CAK B Complexe actif Cdk1 B Complexe actif kinases Wee1 Myt1 Cdk1 B Complexe inactif

11 1) Régulation de l activité des Cdk Une fois la phase G2 terminée, le cycle cellulaire entre en mitose, il doit y avoir levée de l inhibition du complexe. Mécanisme: Une phosphatase, Cdc25, enlève les phosphorylations mises par Wee1 et par Myt1 Complexe Cdk1/cycline B actif Cdk1 B kinases Wee1 Myt1 Cdk1 B phosphatase Cdc25 Cdk1 B Complexe actif Complexe actif Complexe inactif

12 2) Dégradation des cyclines Les cyclines sont des protéines nécessaires à l activation des Cdk. Si elles sont dégradées, les complexes sont inactivés. La protéolyse régulée (= dégradation des protéines) des cyclines à certains stades du cycle assure donc une régulation. La protéolyse est assurée notamment par 2 complexes : APC : dégradation cyclines de la mitose SCF : dégradation cyclines des phases G1 et S

13 3) Régulation de la transcription des gènes Pour passer de la phase G1 à S, la cellule a besoin d un «coup de pouce». «coup de pouce» = protéine E2F E2F : active les gènes nécessaires à l entrée en phase S Transcription gènes cyclines D et E E2F libre = active E2F + protéine RB = inactive Si Si P P RB RB P protéine RB phosphorylée E2F libre et active. protéine RB non phosphorylée E2F non libre et inactive.

14 3) Régulation de la transcription des gènes Les cyclines de la phase G1 phosphorylent les protéines RB E2F active. cellule entre en phase S En fin de cycle cellulaire, le taux des cyclines diminue ; il n y a donc plus phosphorylation des protéines RB E2F inactive. cellule va en phase G0

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16 LA MITOSE Phase M du cycle cellulaire 1 cellule mère donne 2 cellules filles Mitose= caryocinèse + cytodiérèse Les différentes phases se succèdent de façon continue.

17 LES DIFFERENTES PHASES 1- Prophase : condensation des chromosomes, fin: rupture de l enveloppe nucléaire. 2- Prométaphase : capture des chromosomes par les fibres du fuseaux 3- Metaphase : formation de la plaque équatoriale 4- Anaphase : séparation des 2 chromatides de chaque chromosome et ascension polaire de celles-ci. 5- Télophase et Cytodiérèse : reformation de l enveloppe nucléaire, et séparation en 2 nouvelles cellules identiques.

18 LA PROPHASE La chromatine se condense en chromosomes, composés de 2 chromatides non encore visualisables. Les 2 centres cellulaires s éloignent (formeront les pôles). Les fibres de microtubules liées aux centres cellulaires forment les asters. LA PROMETAPHASE Rupture de l enveloppe nucléaire et capture des chromosomes par les fibres du fuseau. Mise en place de l appareil achromatique = pôles, asters et fuseau (fibres polaires et kinétochoriennes). L EN se disperse en saccules membranaires du RE. Les chromatides des chr. sont discernables, les chr. font des mouvements de va et vient entre les pôles = fishing.

19 LA METAPHASE Point de contrôle du fuseau. Les chromosomes sont alignés dans le plan équatorial. Les 2 chromatides sont bien individualisables. La région proche du centrosome = juxta centromérique reste unique, les chromatides restent liées par quelques cohésines. L ANAPHASE Séparation des chromatides et ascension polaire de celles-ci. Les chromatides deviennent des chromosomes anaphasiques. Chaque pôle tracte la moitié du matériel génétique (formation de 2 hémi-fuseaux), des saccules membranaires les entourent. TELOPHASE ET CYTODIERESE Télophase= tassement polaire des chromosomes + reformation noyaux nouveaux noyaux Cytodiérèse = étranglement de la cellule 2 nouvelles cellules.

20 MECANISMES ET REGULATION DE LA MITOSE Le processus de la mitose est basé sur: -le phénomène de compaction/décompaction de la chromatine (euchromatine et hétérochromatine). -Le rôle de l appareil achromatique: fibres de MT et moteurs moléculaires du cytosquelette. De nombreuses protéines interviennent dans le déclenchement, la régulation et le contrôle de chaque étape de la mitose. Il existe différentes pathologies de la mitose : spontanées ou provoquées.