Module 1 Biologie cellulaire
Chapitre 3: Cycle cellulaire et mort des cellules eucaryotes II. Régulation du cycle cellulaire
cours BCM E.Grelier
II. Régulation du cycle cellulaire
1. Acteurs 2. Moments d’intervention et action des complexes CDK/cycline
3. Mécanisme de régulation
cours BCM E.Grelier
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
cours BCM E.Grelier
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
cours BCM E.Grelier
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)
cours BCM E.Grelier
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
1 – Acteurs a. Kinases cyclines dépendantes (Cdk)
cours BCM E.Grelier
À partir de la page http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/cyclecellBM/images/CDK-cycle1.swf
Intervention des Cdk au cours du cycle cellulaire au moins au sein de 6 complexes Cyclines-Cdk…
Anim sur page web
cours BCM E.Grelier
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)
cours BCM E.Grelier
Rappel protéasomes: Constituants cytosoliques
- Protéasomes : complexes enzymatiques associées en petits cylindres chargés de la dégradation des protéines cytosoliques
cours BCM E.Grelier
� 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
Rappel protéasomes
cours BCM E.Grelier
À partir de la page http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/cyclecellBM/images/CDK-cycle1.swf
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
cours BCM E.Grelier
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
cours BCM E.Grelier
� 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 c – Phosphatases et kinases
cours BCM E.Grelier
1 – Acteurs d. des protéines inhibitrices : les CKI (Cdk Inhibitor), qui ne régulent que négativement
cours BCM E.Grelier
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.
cours BCM E.Grelier
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
cours BCM E.Grelier
II. Régulation du cycle cellulaire
1. Acteurs 2. Moments d’intervention et action des complexes CDK/cycline
3. Mécanisme de régulation
cours BCM E.Grelier
2 – Moments d’intervention et conséquences
� Phase G0 ◦ Pas de cycline ◦ Inactivation de E2F par Rb
cours BCM E.Grelier
2 – Moments d’intervention et conséquences
� 1.Passage G0 vers G1 ◦ 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.
cours BCM E.Grelier
2 – Moments d’intervention et conséquences: 2. progression G1
� 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
Progression G1 :
Cycline D/CdK4
Animation
cours BCM E.Grelier
2.Progression G1 La phase G1 prépare la phase S
cours BCM E.Grelier
Bilan Des phénomènes ayant cours durant la phase G1
� Phase G1 ◦ Phosphorylation inactivatrice de Rb ◦ -> Libération de facteurs de transcription E2F ◦ -> Expression des gènes pour transition G1/S
comme cycline E et A
Cycline D / Cdk4
Cycline D / Cdk 6
Cycline E / Cdk 2
� Phase G1/S ◦ Phosphorylation inactivatrice de Rb
Amplification de la production de cycline E + Rb
hyperphosphorylée active transcription cycline A.
cours BCM E.Grelier
Ordre d’intervention des Cdk au cours du cycle cellulaire
cours BCM E.Grelier
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
cours BCM E.Grelier
3 – Moments d’intervention et conséquences
� 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.
Cycline A / Cdk 2
cours BCM E.Grelier
Ordre d’intervention des Cdk au cours du cycle cellulaire
cours BCM E.Grelier
� Phase G2/M ◦ Phosphorylation de nombreux substrats et
conduit la progression de la mitose.
Cycline B / Cdk 1
3 – Moments d’intervention et conséquences
cours BCM E.Grelier
Ordre d’intervention des Cdk au cours du cycle cellulaire
cours BCM E.Grelier
II. Régulation du cycle cellulaire
1. Acteurs 2. Moments d’intervention et action des complexes CDK/cycline
3. Mécanisme de régulation
cours BCM E.Grelier
4- Mécanismes de régulation
� 1/ Le cycle de synthèse/dégradation des cycline
Ex du MPF : cycline B/CDK1
cours BCM E.Grelier
4 – Mécanisme de régulation
2/ Activation des Cdk par
Molecular Biology of the cell 4th Edition
� 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
cours BCM E.Grelier
4 – Mécanisme de régulation
Activation des Cdk
http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiersBM/cyclecellVIE/02CDK.htm cours BCM E.Grelier
3 – Mécanisme de régulation
3/ Inhibition des Cdk par
� 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
� des kinases � phosphorylation inhibitrice
de Cdk1 par Wee1 (empêchant la fixation de l’ATP)
Animation inhibition
cours BCM E.Grelier
4 – Mécanisme de régulation Inhibition des CdK
http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiersBM/cyclecellVIE/02CDK.htm
cours BCM E.Grelier
4- Mécanismes de régulation Bilan
� Liaison aux cyclines � Phosphorylation/déphosphorylation � Inhibiteurs
cours BCM E.Grelier
Module 1 Biologie cellulaire
Chapitre 3: Cycle cellulaire et mort des cellules eucaryotes III. Mécanismes de surveillance du cycle cellulaire
cours BCM E.Grelier
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) cours BCM E.Grelier
Pourquoi surveiller le cycle cellulaire?
Objectif: les 2 cellules filles doivent avoir exactement le même génome à la fin du cycle
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,
Vérification
que le partage des
chromosomes
entre les cellules filles soit
équitable (Métaphase et
l’anaphase)
Programme de mort cellulaire par apoptose mis en place cours BCM E.Grelier
III – Mécanismes de surveillance 1 – Points de contrôle
� Contrôle de qualité de l’ADN � Anomalies détectées au niveau de Au niveau de Nom du
Checkpoint CP Moment du cycle
L’ADN
L’ADN répliqué
L’attachement des chromosomes au fuseau mitotique
DDCP (DNA Damage)
S et G2 RCP (Replication)
MCP : Mitotic
G1, S et G2
Métaphase /Anaphase
cours BCM E.Grelier
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
cours BCM E.Grelier
III– Mécanismes de surveillance 2 – Molécules actives
� Facteur empêchant la séparation des chromatides ◦ Mad2 : Mitotic Arrest deficient 2
cours BCM E.Grelier
cours BCM E.Grelier
IV– Dérèglements du cycle cellulaire
cours BCM E.Grelier
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.
cours BCM E.Grelier