Cours sur le cycle cellulaire 1 PDF

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Cours niveau 3ème année de licence en biologie. Cours sur le cycle cellulaire partie 2....

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5.01A Cycle cellulaire Le cycle cellulaire chez les végétaux CABANE D3 : Interphase -Phase G1-G0 -Phase S -Phase G2 Mitose -Phase M Chez les végétaux la phase G0 est rarement définitive, on a souvent possibilité de revenir assez facilement vers de la division cellulaire Evolution de la quantité d’ADN et de la masse de la cellule pendant le cycle cellulaire -Les cellules végétales sont immobiles. Donc le plan de division va être important puisqu’il va déterminer la forme des organes et l’organisation des tissus. -Les végétaux sont ceux sur lesquels on a caractérisé en premier la mitose. Puis on s’est rendu compte qu’on retrouver la mitose chez les autres organismes. -Le contrôle du cycle cellulaire est important en fonction du développement de la plante (ex : phase d’arret en embryo pendant la dessication) mais aussi en fonction de facteurs environnementaux (ex : stress particulier). -On va avoir des médiateurs qui vont informer les cellules de ce qu’elles doivent faire, ces médiateurs ce sont les hormones végétales. D4 : Mitose anastrale chez les végétaux, mais formation d’un fuseau mitotique. -Prophase -Prométaphase -Métaphase D5 : -Anaphase -Télophase -Cytodiérèse : formation d’une nouvelle paroi (différent de chez les animaux). Ici l’etranglement ne peut pas avoir lieu donc il va y avoir formation d’une cape cellulaire pour avoir 2 cellules filles. D6 : En Prophase, les microtubules vont se concentrer à la bande pré-prophasique qui constitue le futur lieu de la séparation des cellules : il y aura formation d’une nouvelle paroi à cet endroit là. En télophase, les microtubules vont être repoussé vers l’extérieur pour former les 2 cellules filles D7 : En interphase, rien de particulier D8 : Plaque cellulaire en formation = phragmoplaste A la cytodiérèse il y a formation d’une plaque cellulaire (phragmoplaste)

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5.01A Cycle cellulaire Le cycle cellulaire chez les végétaux CABANE D9 : Vesicules golgienne qui fusionnent pour donner la nouvelle paroi, au début de la formation on appelle ça le phragmoplaste, ils provient de la fusion des vésicules golgienne et de microtubules qui vont diriger les vésicules golgiennes pour les placer au niveau du plan de séparation. D10 : On a une coloration spécifique des microtbules en vert ici D11 : Pas des techniques plus récente, on peut regarder différents compartiments cellulaire. Ici en rose on voit les microtubules, en jeune les vésicules golgiennes et le RE va également participer (en bleu). Ce dernier va jouer aussi un rôle dans la mise en place de cette nouvelle paroi. On va les retrouver dans les plasmodesmes D12 : Les plasmodesmes ce sont des perforation de la paroi qui permettent aux cellules de communiquer entre elle. On y retrouve du RE, celui qu’on retrouvait au niveau des phragmoplastes. Donc les plasmodesmes vont se former là où va subsister le RE. D13 : On tas de complexe protéique va se former. Les plasmodesmes jouent un rôle essentiel dans la communication cellulaire. Le desmotubule va servir de passoire pour pouvoir réguler les protéines ou molécules qui vont passer d’une cellule à l’autre. Ca peut être un moyen pour se défendre contre les virus, par exemple. D14 : Chez les végétaux on va avoir en permanence des cellules à l’état embryonnaire (qui peuvent faire des division et se différencier). Et donc on va avoir en permanence des tissus au stade embryonnaire : les méristèmes. Et il y aura des cellules déjà différenciées qui ne se divisent plus chez les végétaux (contrairement aux animaux). Au niveau du méristème, c’est là qu’il va y avoir des mitoses et donc des régulation du cycle cellulaire, mais il faut qu’il y ait toujours des cellules méristématiques, donc il faut qu’il y ait toujours des divisions asymétriques. D15 : D16 : Pour pouvoir faire des études fines au niveau génétique, on doit avoir des modèle biologiques intéressants. On a donc développé des modèles comme le protoplaste, on va éliminer la paroi pour avoir des cellules isolés qui se retrouve à peu prés toutes dans le même état, ce sont des cellules très peu différenciées et qui ont perdu leur spécialisation. Elles peuvent donc se diviser et effectuer leur cycle cellulaire. L’autre intêret de ce modèle, c’est qu’il se transforment facilement et quand on les transforme il y a un phénomène d’expression transitoire : pendant 24h ces gènes s’expriment sans qu’il y ait nécessité qu’ils soient intégrés dans le génome, ensuite si le gène n’est pas intégré dans le génome, il va être détruit par la cellule. L’intêret de l’expression transitoire est que l’on peut avoir une réponse tout de suite. Mais dans 90 % des cas il n’y a pas d’intégration dans le génome, donc il y aura peut de protoplastes qui seront réellement transformées.

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5.01A Cycle cellulaire Le cycle cellulaire chez les végétaux CABANE Un autre modèle, c’est des cultures cellulaires comme une culture cellulaire de tabac BY-2. Ce sont des cellules avec leur paroi qui prolifèrent de manière anarchique, elles prolifèrent à l’identique et sont non différenciées. Les cellules seront relativement séparées, on aura des amas cellulaire. On a un seul type cellulaire : méristématique. L’interet c’est qu’on peut les synchroniser à un même stade au même moment et on a à peu prés 80 % des cellules qui sont synchrones. l’autre interet c’est qu’on peut y faire de la transformation génétique, mais là on ne va pas faire de l’expression transitoire. D17 : On a introduit un gène particulier qui code pour une protéine membranaire. Celle-ci est fusionné avec une protéine la GFP qui est fluo et qui permet de visualiser la présence de cette protéine membranaire. Les cellules BY-2 sont relativement isolées et on voit la membrane qui est fluorescente. C’est de cette manière que l’on vérifie que les cellules sont bien synchrone. D18 : Contrôle du cycle cellulaire chez les végétaux : Comment l’étudier ? Recherche des gènes régulés à des étapes du cycle cellulaire -Etude de transcriptomique -Recherche de gènes analogues à ceux déjà connus (animal, levure) Génome séquencé Homologie de séquence (hybridation) Chez les végétaux 11000 gènes régulés pendant le cycle cellulaire (Arabidopsis 30 000 gènes en tout) 80 gènes régulent le cycle D19 : On va retrouver le système CDK-Cylcine. On va avoir une protéine particulièrement impliqué dans le cycle cellulaire (animal, végétal…) CDC ou CDK qui vont interférer avec des Cycline et qui auront un rôle essentiel dans la phsophorylation. Chez les végétaux, on retrouve 7 classes de CDK et on retrouve tout un lot de cyclines qui sont indispensable. Parmis toute celle-ci on a un grand nombre qui sont impliquer dans la régulation cellulaire, d’autres sont impliquées dans la différenciation des végétaux D20 D21 : Controle de transitions G0 ⇒ G1 ⇒ S En phase G0 : Rb (retinoblastoma protéin) inhibe E2F (facteur de transcription) D22 : Rôle de E2Fa découvert en faisant de l’expression transitoire. On a introduit un gène qui permettait l’expression constante de E2F et on a introduit dans les protoplastes un facteur de transcription de E2F pour réguler sa transcription. Tous les gènes qui contiennent cette séquence vont être réguler par ce facteurs de transcription. On a juste essayer de voir si il y avait bien reconnaissance de séquence que l’on retrouvait chez l’animal, et le

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5.01A Cycle cellulaire Le cycle cellulaire chez les végétaux CABANE pic d’expression montre qu’il y a bien reconnaissance. D24 : u On a ajouter une protéine Dpa Quand on introduit E2F on a des cellules dans lesquels ont a une augmentation d’ADN, c’est de la réplication = entrée en phase S. L’association de E2F avec DP permet l’entrée en phase S D25 : En étant lié à Rb, E2F est inactif. On estime que E2F peut transcrire environ 6000gènes, donc il est très actif. Pour passer en phase G1, il faut qu’il est ait libération de la protéine Rb. Quand elle sera phosphoryler elle va libérer E2F qui va pouvoir agir sur ces gènes cibles. Comment faire pour libérer Rb ? On a mis en évidence qu’il y avait une cycline qui intervenait : la cycline D3 D26: Les Cycline D3 est sous l’action d’une hormone les cytokinines. Les cytokinines permettent d’augmenter l’action des Cyclines D3. Dans une expérience on a ajouté dans des Cals un gène permettant de coder en permanence la Cycline D3. On a mis ces cals en présence d’hormones. En présence d’auxine, les cals transformés se divisent, mais pas le type sauvage. ⇒ Les cytokinines ne sont donc plus indispensable à la division La cytokinine est un médiateur qui va pouvoir activer la cycline D3. Et la Cycline D3 elle va permettre les division cellulaire. D28 : On a en parallèle l’expression forte d’une Histone qui va intervenir dans la formation de la chromatine au sein de l’ADN. On a donc synthèse d’ADN. D29 : Les cyclines D3 va permettre de libérer E2F de Rb et donc il va y avoir passage vers la phase S. on a aussi montrer que d’autres hormones pouvaient intervenir : -L’auxine le saccharose etc.. on aura donc phsophorylation de Rb et libération de E2F On a donc, aussi, un mécanisme d’inhibition de ce complexe en cas de conditions non favorables. D30: On retrouve des systèmes semblable chez les levures et les animaux. Au cours de cette réplication, on peut avoir une inhibition par KRP si les conditions ne sont pas favorables. On peut donc arrêter le processus. D31: Controle de la transition G2==> M On va retrouver 2 CDK qui vont être impliquer dans ce contôle : une CDKA et une CDKB (spécifique aux 4

5.01A Cycle cellulaire Le cycle cellulaire chez les végétaux CABANE plantes). Ces deux vont être inhiber par un complexe ICK1 et Wee1 qui va inhiber par phosphorylation. Ces 2 complexes qui vont inhiber CDK A et B peuvent être induit par des stress par l’intermédiaire de l’acide abscissique. Pendant la transition G2/M, les cytokinine vont agir sur la protéine CDC25 etc.. ? C’est un mécansimes de phosph/dephospho en cascade qui permet de réguler. D32 : Controle de la mitose : Séparation des chromatides au niveau du kinétochore régulés par la séparase et APC (anaphase promoter complex) Puis dégradation des cyclines et autres à l’aide de l’APC. D33 : Lors de la sortie de la mitose, chez les végétaux. On analyse les feuilles en fonction de leur âge. Si on prend les feuilles les plus jeune et qu’on regard eleur contenu en ADN. En rouge on a des 2C (repos) en violet des cellules 4C (qui entrerait en division, mais pas ici) on retrouve des 16C des 32C etc.. On va donc retrouver différent contenu en ADN, c’est ce qu’on appelle le phénomène d’endoréplication. c’est à dire qu’on va avoir réplication mais pas d’entrée en mitose. Plus on va vers les feuilles âgées, plus la quantité de cellules qui subissent des endoréplications successives est importante. Ce phénomène a donc lieu sur des cellules différenciées, et c’est un cycle particulier car il n’y a pas de mitose. L’hypothèse la plus probable c’est que ce serait un mécanisme de défense contre les stress pour éviter les mutations. Par exemple, les UV ont tendance à largement augmenter le taux d’endoréplications. D34 : La totipotencialité : C’est le fait que les cellules différenciées sont capables de se dédifférencier pour donner redonner des plantes entières. Une fois que les cellules ont subit des divisions (cellule méristématique) qui va donner à la fois d’autres cellules méristématique mais aussi des cellules différenciées qui ne peuvent plus se diviser. Il faut qu’il y est alors dédifférenciation pour redonner une plante entière. Ca ça arrive après le stade G0 ! Elle doit rejouer le rôle d’un méristème pour redonner une plante entières. Cette particularité se retrouve chez presque toutes les cellules végétales. Là il y a un rôle important du comple Rb/E2F D35 : Les hormones végétales jouent un rôle dans le développement de la plante, mais elles vont aussi servir de médiateurs dans les réponse au stress. Donc elles vont réguler le cycle cellulaire.

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