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MITOSE et CYCLE CELLULAIREMITOSE et CYCLE CELLULAIRE

Claire DEBOUT, MCU-PH Laboratoire d’HISTOLOGIE – EMBRYOLOGIEet de BIOLOGIE CELLULAIRE

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et de BIOLOGIE CELLULAIRE

PAES – SEMESTRE 1, CAEN 2010-11

LA MITOSELA MITOSE

PROPHASE 2 asters

PRO-MÉTAPHASE (la + longue)PRO MÉTAPHASE (la + longue)

ÉMÉTAPHASE (la + courte)

ANAPHASE A et B

TÉLOPHASE

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TÉLOPHASE

LE CYCLE CELLULAIRELE CYCLE CELLULAIRE

Prix Nobel 2001 : Tim HUNTPaul NURSE

SPaul NURSELeyland HARTWELL

Pool prolifératif :ensemble des cellules qui G2

G1parcourent activement le cycle cellulaire

G2M

G0Pool non prolifératif

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De la chromatine……… au chromosome : Dans le noyau interphasique : 46 molécules d’ADN > 2 m de longdans un noyau de quelques m de diamètredans un noyau de quelques m de diamètre

ADN internucléosomalADN internucléosomal

nucléosomesnucléosomes

Chromatine = x nucléosomes (H2A, H2B, H3 et H4 cœur du nucléosome)+ l’ADN internucléosomal lié à H1

1 molécule d’ADN interphasique = +/- 5 cm de long 1 chromosome métaphasique = 10 m

4Condensation d’environ 5000 fois

grâce aux protéines d’empaquetage : les histones

Préparation de la mitose grâce au cycle du centrosomegrâce au cycle du centrosome

centrosome = 2 centrioles ++100+ protéines centrosomales

dont SAK (kinases) duplication

élongationmaturation

séparase séparationdescentrioles

duplication

Hyperexpression des SAKHyperexpression des SAK

centrosomes surnuméraires

di i i l i l i

activité deactivité de

divisions multipolairs= répartition inégale deschromatides entre cellules sœurs activité de

CDK 1activité de cycline E-CDK 2

entre cellules sœurs

ANEUPLOÏDIE

5Sortie de M/G1 S G2 M

CANCER

Le chromosome, le centromère et le Le chromosome, le centromère et le kinétochorekinétochore

Protéines non-histones : - topoisomérase II (phosphoryle H1)

Fixation de20 à 40 tubules

centromèrekinétochore

- condensine (Smc) (phosphoryle H3)

- les protéines centromériques :(Aurora B CENP E survivine MAD ) (Aurora, B CENP-E, survivine, MAD…)

- les cohésines (= Smc 1/3)

- les protéines motrices :

Complexe protéique

p(kinésines, dynéines)

Complexe protéique kinétochorialPhosphoryle les H1 / H3Compacte la chromatine Accroche les tubulesSépare les chromatides

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p

Le fuseau mitotique et les chromatidesPoint de contrôle on/ off métaphasique

ou contrôle de l’assemblage du fuseau(SAC = spindle assembly checkpoint)

accrochages incorrects tubulesastériens

tubuleskinétochoriens

tubulespolaires

accrochage

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accrochage amphitélique

Transition Métaphase - Anaphase

chromosomesPoint de contrôle mitotique

polyubiquitinylation de la sécurine par l’ubiquitine ligase (APC) asterpar l ubiquitine ligase (APC) dégradation sécurine par la voie du protéasome (APC est sous contrôle de MAD)

aster

( C es sous co ô e de )

Libération des chromatides

â à l

métaphase anaphase

sécurine Séparase activegrâce à la séparase(activée par le MPF)

Séparase inactive sécurine Séparase active

APC cdc20

8cohésine

APC : complexe promoteur de l’anaphaseAPC : complexe promoteur de l’anaphase(ubiquitine ligase)(ubiquitine ligase)

Déroulement du CYCLE CELLULAIRE (1)

A/ Cycles brefs : M+S (cycles 1 à 7 des cellulesA/ Cycles brefs : M+S (cycles 1 à 7 des cellulesembryonnaires)

B/ Cycles longs : introduction des phases G(cycles 8-13, puis 14)

C/ C/ Distribution biDistribution bi--modalemodale d’une population d’une population cellulaire, en fonction du contenu en ADN cellulaire, en fonction du contenu en ADN des cellulesdes cellules

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des cellulesdes cellules

Déroulement du CYCLE CELLULAIRE (2)

Quelles cellules se divisent ? A quelle vitesse ?

Cellules mitotiques : épithéliales

Embryon : très rapideCellules de l’œuf = absence de G1 et G2p

conjonctivesprécurseurs sanguinsprécurseurs des gamètes

quand différenciation embryonnaire : augmentation progressive jusqu’à la TMB

précurseurs des gamètes

Quelles cellules ne se divisentpas ou plus?

Cellules différenciées : en fonction des durées de G1 et G2durée de S +/ constante (80 minutes)pas ou plus?

Cellules post-mitotiques : bli t i

durée de S +/- constante (80 minutes)

Cellules tumorales :obligatoires = neuronesmusculairesplurinucléées

Cellules tumorales : lentement,non régulées, é h t à l’ t

10facultatives=qq cellules glandulaires échappent à l’apoptose

Déroulement du CYCLE CELLULAIRE (3)

Télomère télomérase(TTAGGG)

Horloge mitotique = limite de Hayflick

Cellules saines : télomérase inactive

Cellules embryonnaires : télomérase activeC ll l t l i t li é tél é ti

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Cellules tumorales ou immortalisées : télomérase active

Sortie de mitose =destruction MPF (APC)

Régulation du CYCLE CELLULAIRE

Période contrôlée pardes facteurs de croissance

MPF =Cdk1-cycline B

CYCLE CELLULAIRE

Entrée en mitose

G1G2

M Cdk2-cycline D

Cdk4-cycline D

Cdk1-cycline A

G

S

G2 y

Cdk5-cycline D

SR Cdk6-cycline D

Cdk2-cycline E

Cdk2-cycline A

12Entrée enphase S

Régulation du CYCLE CELLULAIRE

cycline Acycline D

cycline Ecycline A

cycline B

13G1 S G2 M

ACTIVATION DES COMPLEXES CYCLINE - CDK

Exemple du MPF = [cycline B - Cdk 1]Exemple du MPF [cycline B Cdk 1]

CDK1pré-MPFinactif MPF

Wee-1

MitoseMitose

CDK1 inactif MPFactif

MitoseMitose

Cyclin B

CAK cdc25

CDK1cdc25

Polo kinasePtc

Translocation nucléaireTranslocation nucléaireAPCcdh1

CDK1

CAK t W 1 ki h h l t

Shh

14Cyclin Bdégradée

CAK et Wee-1 = kinases phosphorylantesCcd25 = phosphatase déphosphorylantePtc (Shh récepteur) = retardateur de la mitose

LA PROTÉINE DU RÉTINOBLASTOME pRbLA PROTÉINE DU RÉTINOBLASTOME pRb

pRb hypophosphorylé séquestre E2F

pRb = substrat de phosphorylation despRb substrat de phosphorylation descomplexes Cdk 4/6-cycline Det Cdk 2-cycline E

pRb = protéine inhibitrice : ll f l ll l à ielle force la cellule à ralentir saprogression dans la phase G1

Point de contrôle R

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LA PROTÉINE p53LA PROTÉINE p53 : gardienne du génomecontrôle les lésions de l’ADNcontrôle les lésions de l’ADN

Lésion de l’ADN (mutation p53 inactiveradio-induite, anoxie, …)

- en phase G1ATM (PI3K) phosphoryle p53p53 active

expression de p21 (CDKI)

ARRÊT EN G1/SARRÊT EN G1/S

Lésion de l’ADN induite par les UV- en phase G2

ATM (PI3K) bloque la cdc25

p21

( ) qstoppe la maturation du MPF

ARRÊT EN G2ARRÊT EN G2

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Sortie de mitose =destruction MPF (APC)

Régulation du CYCLE CELLULAIRE

Période contrôlée pardes facteurs de croissance

MPF =Cdk1-cycline B

CYCLE CELLULAIRE** Période sous contrôle des facteurs de croissance

pRbEntrée en mitose

**

G1G2

M

Cdk4/6 cycline D p16 p21

Cdk1-cycline A

**G

S

G2 Cdk4/6-cycline D p16, p21

p53**SR

Cdk2-cycline A ATM

Cdk2-cycline E p21 p53 ATMp53

**

p21cdc25

17**Entrée enphase S

ATM**

** = Points de contrôle

Contrôle de la prolifération cellulairedeux classes de gènes impliquésdeux classes de gènes impliquésdeux classes de gènes impliquésdeux classes de gènes impliqués

Gènes de prolifération= proto-oncogènes

(d i t)

Gènes de répressionSuppresseurs de tumeur

ti è(dominant)(c-jun, c-myc ….)

= anti-oncogènes(récessif)

(gènes Rb, p53, p21, Ptc, ATM …)d tcodent pour

des facteurs de transcription,les cyclines

codent souvent pour les CDKI

MUTATIONMUTATIONMUTATIONMUTATIONOncogène Gène muté

hyperexpressionhyperexpression inactivationinactivation

Prolifération anarchique = cancer18

q

ChronologieChronologie desdes avancéesavancées conceptuellesconceptuellesenen matièrematière dede cyclecycle cellulairecellulaire etet dede sasa régulationrégulation ::enen matièrematière dede cyclecycle cellulairecellulaire etet dede sasa régulationrégulation ::

1902 : caractérisation du fuseau mitotiqueq1953 : réplication de l’ADN1970 : éléments du contrôle du cycle cellulaire

f d i d l i1971 : facteur de promotion de la maturation(complexe cycline B / cdc2 ou MPF)

1974 : le point R de restriction1974 : le point R de restriction1975 : régulation de cdc2 (Cdk1)1980 : les centromères de la levure1983 : caractérisation des cyclines1988 : les « check-points » - clonage de Rb1989 53 è1989 : p53 gène suppresseur1993 : les CDKI inhibiteurs de Cdk1995 : APC – le check-point mitotique

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1995 : APC – le check-point mitotique

CYCLE CELLULAIRE ET MITOSE (2010-2011)

Pré-requis : connaître les étapes de la mitose quant à la ségrégation des chromosomes.

OBJECTIFS

La mitose : connaître le fuseauLe cycle centrosomiqueLe cycle centrosomiqueLa structure du kinétochore péri-centromérique

Le cycle : connaître les phases du cycleLes complexes cycline – CDKLes différents points de contrôle du cycleLe rôle des protéines régulatricesLes gènes impliquésLes gènes impliqués

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