Semaine : n 1 (du 30/01/2017 au 05/02/2017) Date : 01/02/2017 Prolifération et Apoptose Contrôle du cycle cellulaire UE 7 : Sciences biologiques Indiquer ici, dans cette police s'il y a une annexe en fin d'heure Heure : de 9H00 à 10H00 Professeur : Pr. Paumelle Binôme : n 7 Correcteur : n 36 Remarques du professeur Diapo sur Moodle Suite du cours de lundi PLAN DU COURS I) Destin cellulaire physiologique et pathologique II) Les protéines régulatrices du cycle cellulaire A) Les complexes cycline/cdk 1) Définition 2) Rôle B) B) Les cyclines 1) Définition 2) Rôle 3) La régulation de leur synthèse 1/7
I. Le destin cellulaire physiologique et pathologique : Le devenir des cellules dans un organisme est de se différencier, de mourir ou de proliférer. Tout cela dépend des signaux que la cellule reçoit. Ces réponses doivent être parfaitement contrôlées pour un bon développement. Ce contrôle permet l'homéostasie. Durant l'embryogenèse, on a une des processus de différenciation, prolifération et apoptose. Durant l'âge adulte, on retrouve des processus d'apoptose mais aussi de différenciation, comme pour le renouvellement des globules rouges. Mais, ce n'est pas vrai pour toutes les cellules de l'organisme (cellule cardiaque, nerveuse par exemple). L'homéostasie est toujours présente à l'âge adulte mais plus faible. Si le contrôle est mal régulée, cela provoque des pathologies comme les cancers : une cellule devient cancéreuse par altération d'au moins un de ces 3 de ces processus : apoptose, différenciation, prolifération. Le point central est le cycle cellulaire fait de 4 phases dont : la phase S : duplication de l'adn la phase M : séparation de l'adn dupliqué. 2/7
Pour perdurer, les points de contrôles permettent à la cellule de prendre des décisions : transition G1/S : la cellule décide si elle va en phase M, en G0 (quiescence), en différenciation ou vers l'apoptose G2 : la cellule contrôle le bon déroulement de la réplication, si ce n'est pas le cas : apoptose M : contrôle de l'alignement des chromosomes sur la plaque métaphasique Qu'est ce qui contrôle l homéostasie? II. Les protéines régulatrices du cycle cellulaire : A) les complexes cycline/cdk 1- définition Les CDK sont des kinases dont l'activité dépend des cyclines. Il en existe 13 chez l'homme. Ces kinases phosphorylent sur les sérines et les thréonines. Elles sont dépendantes des cyclines qui agissent avec l'extrémité N-ter des CDK. Il faut une phosphorylation des CDK (sur thréonine ou sérine) et une liaison aux cyclines pour activer ces CDK. 2- rôle Les CDK actives vont phosphoryler et réguler l'activité de nombreuses protéines impliquées dans la progression du cycle cellulaire. B) les Cyclines 1- Définition Pour les cyclines on en a 25 chez l'homme, elles n'agissent pas toutes dans la régulation du cycles cellulaire. Elles possèdent une boite cycline qui est la région d'interaction avec les CDK l'expression des cyclines et des CDK sont variable en fonction du cycle cellulaire. Dans les cyclines de G1, on a la cycline D, CDK4 et CDK6 Dans la transition G1-S, on a la cycline E et le CDK2 Dans la phase S, on a la cycline A et CDK2 Dans la phase M, on a la cycline A puis la cycline B et le CDK1 3/7
On a aussi des cyclines régulatrices qui agissent tout au long du cycle cellulaire, ce sont les cyclines H et et CDK7. C'est le complexe cycline H-CDK7 qui phosphoryle les complexes 1, 2, 4 et 6 tout au long du cycle cellulaire.ceci permet leur activation complète. Ce complexe cycline H-CDK7 est appelé CAK. On a aussi des cyclines virales par lequel les virus produisent la prolifération des cellules qu'ils envahissent. Les cellules hôte reçoivent un message de prolifération. Ex : le papillomavirus 2- Rôle des cyclines Les cyclines D/CDK4,6 et cycline E/CDK2 Elles servent de point de contrôle de la phase G1/S. En phase G1, on a un facteur de transcription E2F qui est bloqué par la protéine du rétinoblastome. L'augmentation des cyclines D-CDK4 provoque la phosphorylation de la protéine du rétinoblastome qui devient inactive et libère le E2F. La cellule prolifère. Le gène induit est le PCNA qui favorise la liaison de la polymérase delta pour la réplication de la double hélice. Les cycles E et A sont aussi transcrites par la libération du facteurs de transcription E2F. Le Complexe cycline E phosphoryle également le rétinoblastome rendant E2F libre. On a en premier la cycline D-CDK4 qui va activer la transcription de E-CDK2 grâce à la libération du facteur E2F qui va continuer la phosphorylation du rétinoblastome mais en fin de phase G1 et en phase S. La cycline A-CDK2 Son expression est plus tardive, elle se fait en phase S. Le but est de favoriser la liaison de PCNA (gène cible de E2F) à la polymérase delta qui va provoquer la réplication de l'adn. 4/7
La cycline B-CDK1 La cycline B-CDK1 a pour but la transition de la phase G2 à la phase M en phosphorylant les protéines du fuseau mitotique (dépolymérisation des microtubules d interphase). Le complexe permet aussi de dépolymériser les lamines pour la rupture de l'enveloppe nucléaire, ainsi que la phosphorylation des histones H1, qui permet la condensation de la fibre nucléosomique en fibre chromatidienne, Les cyclines virale virus de l'herpès et VIH : on a des gènes analogues à la cycline D.Quand l'hôte est infecté, il a l'impression de recevoir un signal de prolifération cellulaire Le virus de Epstein-Barr va agir sur l'expression de la cycline D. Il possède des gènes induisant sa surexpression. le papillomavirus va produire une protéine E7 qui prend la place de E2F dans le rétinoblastome. E2F est donc libéré. E1A de l'adenovirus et L'antigène TSV40 ont le même mode de fonctionnement. 3- la régulation de leur synthèse 5/7
L'apparition des cyclines est périodique au cours du cycle cellulaire. Les cyclines apparaissent au cours du cycle cellulaire puis leur expression diminue. Pour le démontrer l'expression des cyclines au cours du cycle, on utilise le Western-Blot. On a l'exemple d'une expérience réalisée sur une culture de cellules synchronisées en G1. On prend des cellules, on les traite avec de la colchicine qui dépolymérise le fuseau mitotique, ça bloque les cellules en métaphase, en mitose. Ensuite on lave le milieu de culture, on élimine la colchicine, on remet les cellules dans un milieu normal avec les éléments qu'il faut pour qu'elles puissent se diviser. A différents temps sur 24h on prend des cellules et on fait un extrait protéique total. On extrait les protéines, on réalise une électrophorèse sur gel de polyacrylamide qui va les séparer en fonction de leur poids moléculaire. Ensuite on tente de détecter avec des Anticorps. On doit transférer les protéines sur une membrane de nitrocellulose pouvant accepter les anticorps. On incube alors avec des anticorps spécifiques de ces cyclines : anti-cycline A / anti-cycline E et on va rajouter un substrat qui va révéler les anti-corps aux endroits où ils se sont fixés. On obtient des bandes, qui correspondent à l'endroit où l'anticorps est venu se fixer sur la protéine, sur la membrane. La cycline E augmente en fin de G1/ début de phase S. Puis elle diminue rapidement. La cycline A : son augmentation est plus tardive et reste constante au cours de la phase S. La cycline B est exprimée au cours de la phase G2. Ça a permis de démontrer que les cyclines sont exprimées différentiellement au cours du cycle cellulaire. Le rôle des facteurs de croissance / mitogènes A quel moment doivent-ils être présents au cours du cycle cellulaire? Tout le temps? A un moment donné? On va prendre des cellules, encore une fois synchronisées. On les synchronise en métaphase. On rajoute du milieu de culture avec du facteur mitogène dedans. On laisse le facteur mitogène pendant 2/3/8h jusqu'en phase S, M ou on les retire en phase G1, on les met en phase S... on a essayé différentes combinaisons. 6/7
On s'est rendu compte : Lorsque les cellules sont en G1 et qu'on retire le facteur mitogène, elles ne sont pas capables d'avancer dans le cycle cellulaire. Elles restent en quiescence, en phase G0. Si on rajoute le facteur mitogène, les cellules rentrent dans le cycle cellulaire en phase G1 pour passer ensuite le point de restriction. Si on met le facteur mitogène 2/3/5h ce n'est pas suffisant. Il faut au moins 8h pour que les cellules entrent dans le cycle cellulaire et passent le point de restriction. Si on retire à nouveau ces facteurs mitogènes du milieu de culture, les cellules pourront progresser dans le cycle cellulaire jusqu'au bout. => Après avoir passer le point de restriction, les cellules seront capables d'effectuer un cycle cellulaire complet. Ensuite, si on met des facteurs mitogènes sur les cellules en G1 et qu'on rajoute un inhibiteur de synthèse protéique comme la cyclohexidine, les cellules ne vont pas être capables de passer le point de restriction et vont rester en G0. => Les facteurs mitogènes sont nécessaires car ils vont induire la synthèse de protéines qui vont elles même permettre aux cellules de passer ce point de restriction. Il faut que ces facteurs mitogènes puissent induire la synthèse de protéines qui sont les cyclines. 7/7