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Module 1 Biologie cellulaire

Chapitre 3: Cycle cellulaire et mort des cellules eucaryotes II. Régulation du cycle cellulaire

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II. Régulation du cycle cellulaire

1. Acteurs 2. Moments d’intervention et action des complexes CDK/cycline

3. Mécanisme de régulation

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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

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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

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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


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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


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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

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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)

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Rappel protéasomes: Constituants cytosoliques

- Protéasomes : complexes enzymatiques associées en petits cylindres chargés de la dégradation des protéines cytosoliques

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� 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

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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

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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

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� 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

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1 – Acteurs d. des protéines inhibitrices : les CKI (Cdk Inhibitor), qui ne régulent que négativement

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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.

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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

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2 – Moments d’intervention et conséquences

� Phase G0 ◦ Pas de cycline ◦ Inactivation de E2F par Rb

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� 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.

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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

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2.Progression G1 La phase G1 prépare la phase S

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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.

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Ordre d’intervention des Cdk au cours du cycle cellulaire

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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

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� 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

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� Phase G2/M ◦ Phosphorylation de nombreux substrats et

conduit la progression de la mitose.

Cycline B / Cdk 1


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4- Mécanismes de régulation

� 1/ Le cycle de synthèse/dégradation des cycline

Ex du MPF : cycline B/CDK1

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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

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Activation des Cdk

http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiersBM/cyclecellVIE/02CDK.htm cours BCM E.Grelier


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

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� des kinases � phosphorylation inhibitrice

de Cdk1 par Wee1 (empêchant la fixation de l’ATP)

Animation inhibition

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4 – Mécanisme de régulation Inhibition des CdK

http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiersBM/cyclecellVIE/02CDK.htm

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4- Mécanismes de régulation Bilan

� Liaison aux cyclines � Phosphorylation/déphosphorylation � Inhibiteurs

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Chapitre 3: Cycle cellulaire et mort des cellules eucaryotes III. Mécanismes de surveillance du cycle cellulaire

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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

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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

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III– Mécanismes de surveillance 2 – Molécules actives

� Facteur empêchant la séparation des chromatides ◦ Mad2 : Mitotic Arrest deficient 2

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IV– Dérèglements du cycle cellulaire

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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.

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