Module 1 Biologie cellulaire Chapitre 3: Cycle cellulaire et mort des cellules eucaryotes II. Régulation du cycle cellulaire
II. Régulation du cycle cellulaire 1. Acteurs 2. Moments d intervention et action des complexes CDK/cycline 3. Mécanisme de régulation
Pourquoi une régulation? un ordre immuable des phases: Ce sont les cyclines et les Cdk les cellules filles obtenus doivent être rigoureusement identiques (surveillance de l'adn): la cellule dispose de systèmes de régulation hautement perfectionnés: enzymes et CKI
1 Acteurs a. Kinases cyclines dépendantes (Cdk) - enzyme fonctionnelle Sérine-thréonine kinases - Les Cdk par des processus de phosphorylation ou déphosphorylation peuvent voir changer leur conformation - associée en hétérodimère avec une cycline
1 Acteurs a. Kinases cyclines dépendantes (Cdk) Reconnaissance d une séquence d'acides aminés caractéristique sur une protéine cible (ex : Ser/Thr-Pro-X-Arg/Lys) Catalyse de la phosphorylation de protéines cibles (substrats) par transfert du groupement P de l ATP sur une sérine ou une thréonine
1 Acteurs a. Kinases cyclines dépendantes (Cdk) Cycline Cdk Cdk Liaison de la cycline à la CdK Trois sites de phosphorylation Modification de la conformation spatiale : Domaine de fixation de l ATP Domaine de fixation du substrat Phosphorylation du substrat Détachement de la protéine phosphorylée l ADP
Anim sur page web Intervention des Cdk au cours du cycle cellulaire au moins au sein de 6 complexes Cyclines-Cdk À partir de la page http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/cyclecellbm/images/cdk-cycle1.swf
1 Acteurs b - Cyclines Protéines présentes à des taux variables dans les cellules (cytoplasme ou noyau) selon les étapes du cycle cellulaire => cyclines constituant la partie régulatrice du couple cycline- Cdk dégradées brutalement par le système de l ubiquitine (dégradation dans les protéasomes)
Rappel protéasomes: Constituants cytosoliques - Protéasomes : complexes enzymatiques associées en petits cylindres chargés de la dégradation des protéines cytosoliques
Rappel protéasomes Site de dégradation par protéolyse grâce à des protéases à ph neutre contenues dans les protéoasomes : des protéines normales Aidant au renouvellement permanent de ces molécules Grâce à des signaux contrôlant la durée de vie des protéines cytosoliques comme la nature des premiers acides aminés (IsoLeu et Leu déstabilisants alors que Met et Gly sont stabilisants) En plusieurs étapes Association des plusieurs ubiquitines aux protéines à dégrader Dégradation au sein du protéasome des protéines anormales apparus lors De choc thermique D actions de toxiques De l hypoxie des protéines restées dans le cytosol par défaut d adressage
Activation d une Cdk par une cycline avec association possible d une même cycline avec différentes Cdk ou d une même Cdk avec différentes cyclines À partir de la page http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/cyclecellbm/images/cdk-cycle1.swf
bilan Une même cycline peut s associer à différentes CDK Une même CDK peut s associer à différentes cyclines L ordre d intervention des CDK dépend de l ordre d expression des cyclines
1 Acteurs c Phosphatases et kinases Les phosphatases et les kinases agissant sur les CdK : Rappel : Les CdK par des processus de phosphorylation ou déphosphorylation peuvent voir changer leur conformation et donc leur activité.
1 Acteurs d. des protéines inhibitrices : les CKI (Cdk Inhibitor), qui ne régulent que négativement
Bilan Bilan : La succession normale des différentes phases ne peut avoir lieu que si les différentes Cdk intervenant au cours des différentes phases sont présentes et actives aux moments opportuns.
Bilan Or une Cdk n est active que si : - elle est associée à sa cycline - elle n est pas inhibée par une CKI - activée par une enzyme qui l a phosphorylée ou déphosphorylée selon les cas
II. Régulation du cycle cellulaire 1. Acteurs 2. Moments d intervention et action des complexes CDK/cycline 3. Mécanisme de régulation
2 Moments d intervention et conséquences Phase G 0 Pas de cycline Inactivation de E2F par Rb
2 Moments d intervention et conséquences 1.Passage G 0 vers G 1 Dépendant de la présence de facteurs de croissance (mitogènes) avec Liaison au récepteur Activation cellulaire en cascade Synthèse de la cycline D Formation et activation du complexe cycline D Cdk4 La cycline D est continuellement dégradée par le protéasome. En absence de FT: retour en phase G0.
2 Moments d intervention et conséquences: 2. progression G1 Animation Progression G1 : Cycline D/CdK4 Phosphorylation de la protéine Rb (Retinoblastoma protein) libérant les facteurs de transcription E2F contrôlant l expression des gènes nécessaires à la transition G1/S et progression S comme la synthèse des cyclines E et A
2.Progression G1 La phase G1 prépare la phase S
Bilan Des phénomènes ayant cours durant la phase G1 Cycline D / Cdk4 Cycline D / Cdk 6 Phase G 1 Phosphorylation inactivatrice de Rb -> Libération de facteurs de transcription E2F -> Expression des gènes pour transition G1/S comme cycline E et A Cycline E / Cdk 2 Phase G1/S Phosphorylation inactivatrice de Rb Amplification de la production de cycline E + Rb hyperphosphorylée active transcription cycline A.
Ordre d intervention des Cdk au cours du cycle cellulaire
Bilan Des phénomènes ayant cours durant les phases G1 et S Point R au cours de la phase G1 : une fois que ce point est dépassé, les cellules avancent irrémédiablement vers la phase S même sans facteurs de croissance (sauf si ADN endommagé). http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/cyclecellbm/08g1.htm
3 Moments d intervention et conséquences Cycline A / Cdk 2 Phase S Phosphorylation des substrats qui déclenchent et entretiennent la réplication de l ADN et l inactivation de facteurs de transcription de la phase G1. Duplication du centrosome chez les mammifères. Arrêt de la dégradation de la cycline B qui s'accumule.
Ordre d intervention des Cdk au cours du cycle cellulaire
3 Moments d intervention et conséquences Cycline B / Cdk 1 Phase G2/M Phosphorylation de nombreux substrats et conduit la progression de la mitose.
Ordre d intervention des Cdk au cours du cycle cellulaire
II. Régulation du cycle cellulaire 1. Acteurs 2. Moments d intervention et action des complexes CDK/cycline 3. Mécanisme de régulation
4- Mécanismes de régulation 1/ Le cycle de synthèse/dégradation des cycline Ex du MPF : cycline B/CDK1
4 Mécanisme de régulation 2/ Activation des Cdk par des phosphatases : déphosphorylation activatrice des Cdk par CdC25 A sur Cdk2 et 6 ou Cdc25B/C sur Cdk1 des kinases : phosphorylation activatrice des Cdk par CAK (changement de conformation permettant la fixation du substrat) Animation activation Molecular Biology of the cell 4th Edition
4 Mécanisme de régulation Activation des Cdk http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiersbm/cyclecellvie/02cdk.htm
3 Mécanisme de régulation 3/ Inhibition des Cdk par des kinases phosphorylation inhibitrice de Cdk1 par Wee1 (empêchant la fixation de l ATP) Animation inhibition des CKI se liant À la cycline pour P21 bloquant la poche de l ATP À la Cdk pour P16 empêchant la fixation de la cycline Au complexe pour P27 Molecular Biology of the cell 4th Edition
4 Mécanisme de régulation Inhibition des CdK http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiersbm/cyclecellvie/02cdk.htm
4- Mécanismes de régulation Bilan Liaison aux cyclines Phosphorylation/déphosphorylation Inhibiteurs
Module 1 Biologie cellulaire Chapitre 3: Cycle cellulaire et mort des cellules eucaryotes III. Mécanismes de surveillance du cycle cellulaire
Pourquoi surveiller le cycle cellulaire? Objectif: les 2 cellules filles doivent avoir exactement le même génome à la fin du cycle Vérification - Du maintien de l intégrité de l ADN - De la qualité de la réplication de l ADN Si problème détecté Le cycle s arrête pour que la cellule ait le temps de réparer l ADN et de terminer correctement la réplication (passage en phase S/ réplication/ entrée en mitose suspendus)
Pourquoi surveiller le cycle cellulaire? Objectif: les 2 cellules filles doivent avoir exactement le même génome à la fin du cycle Vérification que le partage des chromosomes entre les cellules filles soit équitable (Métaphase et l anaphase) si tous les chromosomes ne sont pas correctement attachés aux fibres kinétochoriennes, - l anaphase ne débute pas, - les deux chromatides-sœurs de chaque chromosome restent liées l une à l autre. Si anomalies trop importantes ou si les mécanismes de réparation échouent, Programme de mort cellulaire par apoptose mis en place
III Mécanismes de surveillance 1 Points de contrôle Contrôle de qualité de l ADN Anomalies détectées au niveau de Au niveau de L ADN L ADN répliqué L attachement des chromosomes au fuseau mitotique Nom du Checkpoint CP DDCP (DNA Damage) RCP (Replication) MCP : Mitotic Moment du cycle G1, S et G2 S et G2 Métaphase /Anaphase
III Mécanismes de surveillance 2 Molécules actives Kinases se liant à l ADN ATM/ATR (Ataxia Telangiectasia Mutated/Related) Protéines Sérine Thréonine kinases Chk1 et Chk2 Destruction Cdc25A ou séquestration Cdc25C Pas d activation des complexes Cdk-cycline Synthèse de P53 P21 Blocage des complexes Cdk-cycline
III Mécanismes de surveillance 2 Molécules actives Facteur empêchant la séparation des chromatides Mad2 : Mitotic Arrest deficient 2
IV Dérèglements du cycle cellulaire
1. La cellule souche se divise en donnant une autre cellule souche et une cellule fille plus différenciée. 2. La cellule fille peut encore se diviser et donner une cellule plus (ou complètement) mature. 3. La cellule mature exerce son activité 4. Mais sa seule évolution possible est vers la mort cellulaire par apoptose.