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LE CYCLE CELLULAIRE

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II - Constitution du système de contrôle du cycle cellulaire

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Historique

• Pendant des années– ballet de marionnettes– synthèse de l'ADN– mitose– pas de systèmes de contrôle spécifique– boite noire

• Actuellement– identification de protéines qui contrôlent le cycle– séparé du contrôle de la synthèse de l'ADN,

mitose, ségrégation, etc …

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Lave-linge automatique• Arrivée d'eau• Arrivée de la poudre• Chauffage• Lavage• Pompage• Essorage (court)• Arrivée d'eau• Rinçage• Pompage• Essorage (long) + pompage

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Cycle cellulaire

• Synthèse d'ADN• Mitose etc …

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Fig 17-13

• Programmateur central qui déclenche les étapes en tournant

Déclenchement

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Composants du système de contrôle

• Une horloge fixant la durée de chaque étape• Un mécanisme pour déclencher les étapes dans le

bon ordre• Un mécanisme pour que chaque étape ne survienne

qu'une seule fois• Chaque étape réalisée entièrement et de façon

irréversible• Robustesse du mécanisme même si la cellule est en

difficulté• Adaptabilité à l'environnement

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Les points de contrôle

• Lave linge– Niveau de l'eau (haut ou bas)– Température de l'eau

• Cycle cellulaire– Achèvement de la synthèse d'ADN– Attachement des chromosomes au fuseau

• Retarde la progression à l'étape suivante• Évite le désastre

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Fig 17-14

• Les points de contrôle

• Arrêt du cycle si les conditions ne sont pas remplies

• Existence de signaux extra cellulaires

Points de contrôle

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Nature du signal : positif ou négatif ?

• Signal intracellulaire négatif plutôt que suppression de signal positif

• Exemple de l'attachement des chromosomes à l'anaphase– soit chaque chromosome attaché envoie un signal positif et

l'anaphase se fait quand tous les signaux sont reçus (faux)– soit chaque chromosome non attaché envoie un signal négatif qui

inhibe la suite demandant d'attendre (vrai)

• Exemple de la réplication de l'ADN– L'ADN non répliqué inhibe l'entrée en mitose

• Exemple de l'inactivation des points de contrôle– par mutation– n'empêche pas le cycle de progresser

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Les Cdks (Cyclin-dependant kinases)

• Kinases dont l'activité oscille au cours du cycle cellulaire

• Phosphorylent les protéines cellulaires qui régulent les événements du cycle (réplication de l'ADN, mitose, cytodiérèse, ... )

• Contrôlées par de nombreuses protéines dont les cyclines

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Fig 17-15

• Les deux composants clé du système de contrôle du cycle cellulaire– cycline– Cdk (inactive sans cycline)

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Les cyclines

• Cycle de synthèse dégradation au cours du cycle cellulaire

• Le taux de Cdk est constant

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Fig 17-16

• Schéma du système de contrôle du cycle cellulaire– l'action de Cdk se

termine par la dégradation de la cycline

– exemple de deux cyclines

• S-cycline• M-cycline

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Les 4 classes de cycline

• En fonction de l'étape du cycle où elles se lient à Cdk

• 3 classes se retrouvent dans tous les eucaryotes– cyclines G1/S : lient Cdk à la fin de G1 et

engagent la cellule à répliquer l'ADN– cyclines S : lient Cdk pendant la phase S,

nécessaire à l’initiation de la réplication de l'ADN– cyclines M : promeuvent la mitose

• G1-cyclines : permettent le passage du point start ou de restriction en G1 tardif

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Table 17-1

• Les principales cyclines et Cdks des vertébrés et des levures bourgeonnantes

•Chez la levure, une seule Cdk se lie à toutes les cyclines et dirige tous les événements du cycle cellulaire•Chez les vertébrés il y a 4 Cdks (1,2,4,6)

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Comment le complexe cycline-Cdk agit-il dans la cellule ?

• La cycline dirige le complexe vers sa cible

• L'accessibilité des substrats n'est pas la même pendant toute la durée du cycle

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Fig 17-17

• Base structurale de l'activation de Cdk– A. Cdk2 humain inactif à cause de la boucle T qui bloque le site

actif– B. Activation partielle grâce à la libération partielle du site actif

par la sortie partielle de la boucle T– C. Activation complète de Cdk2 par phosphorylation grâce à

Cdk Activating Kinase (CAK)

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Régulation de Cdk (inhibition)

• Les taux de cycline (le plus important)• Contrôle plus fin

1. Phosphorylation / dé-phosphorylation inhibitrice

2. Protéines inhibitrices : Cdk inhibitor proteins (CKI)

3. Protéolyse cyclique des cyclines4. Rôle de la transcription dans la régulation

du cycle

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Régulation fine de Cdk :1 - phosphorylation inhibitrice

• Inhibition par phosphorylation de 2 acides aminés au-dessus du site actif grâce à un protéine kinase appelée Wee1

• Activation par déphosphorylation de ces 2 acides aminés au-dessus du site actif grâce à une phosphatase appelée Cdc25 (cf infra pour l'activité M-Cdk à l'entrée en mitose)

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Fig 17-18

• Régulation fine de l'activité de Cdk par phosphorylation inhibitrice

Un seul site P est représenté

Ajouté par Cdk activating kinase (CAK)

2 (s)

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Régulation fine de Cdk :2 - protéines inhibitrices

• Protéines inhibitrices de Cdk "Cdk inhibitor proteins" (CKIs)

• Agissent sur le site actif de Cdk

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Fig 17-19

• Inhibition du complexe cycline A - Cdk2 humain par une CKI (p27)

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3 - Protéolyse cyclique des cyclines

• Les complexes cycline-Cdk sont inactivés par protéolyse de la cycline (pas de cdk !)

• Mécanisme d'ubiquitinylation– fixation (spécifique) de nombreuses copies

d'ubiquitine (ubiquitine ligases +++)– destruction dans les protéasomes

• SUMO…

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Ubiquitine ligases

Les deux plus importantes :1. Complexe SCF

(Skp1–Cul1–FBP [F box protein])2. APC

(anaphase promoting complex)

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1. Complexe SCF

–Ubiquitinylation et destruction des cyclines G1/S

–et certaines CKI (Cdk inhibitor proteins)

–Activité constante pendant le cycle

–Contrôlé par les modifications d'état de phosphorylation des protéines cibles

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Fig 17-20(A)

• Contrôle de la protéolyse de CKI par SCF– SCF est toujours active– Mais ne reconnaît la protéine que si elle est phosphorylée

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2 . APC (anaphase promoting complex)

• En phase M

• Ubiquitinylation et destruction des cyclines M

• Change au cours du cycle

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Fig 17-20(B)

• Ubiquitinylation de la cycline M par APC (anaphase promoting complex)

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4 - Rôle de la transcription dans la régulation du cycle cellulaire

• Dans les cellules embryonnaires de grenouille, il n'y a pas de transcription : régulation post-transcriptionnelle uniquement– phosphorylation de Cdk– liaison aux cyclines– protéolyse de ces mêmes cyclines

• Dans d'autres types de cellules– (protéolyse des cyclines) mais en plus…– synthèse de cyclines

• Application des DNA array (chez la levure)– modification de l'expression des gènes pendant le cycle– 10 % (!) des gènes codent pour des ARNm dont le niveau

change pendant le cycle