Régulation et contrôle du cycle cellulaire PDF

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La régulation et le contrôle du cycle cellulaire I)Mise en évidence de l'existence d'un contrôle du cycle cellulaire Recherches importantes : en biologie cellulaire, dans la lutte contre le cancer → Mise en évidence par les expériences de Potu Rao et Robert Johnson (1970) *Est ce que le cytoplasme des cellules contient des facteurs de régulation du cycle cellulaire ?

Après la fusion de deux cellules, on observe que la cellule G2 est entrée en mitose (rupture de l'enveloppe nucléaire en prométaphase, la condensation de la molécules d'ADN qui permet de visualiser les chromosomes). Hypothèse : -Il existe dans la cellule en métaphase, un facteur dans le cytoplasme qui induit brutalement l'entrée en mitose de la cellule G3 → Confirmation du facteurs qui règule le cycle cellulaire, le passage de la phase G1 à la phase S : Le MPF (maturation Promoting Factor) , qui est un facteur cytoplasmiques diffusible. -Entrée en phase S également sous contrôle d'un facteur

Ce complexe correspond à un complexe protéique, qui est de même nature que le MPF, c'est à dire formée d'une Cdk associé à une cycline. L'entrée en phase M : est dû à un facteur cytoplasmique qui n'as pas d'action sur les cellules déjà rentrer en réplication

II)Régulation du cycle cellulaires A)Définition d'un complexe Cycline-Cdk (cycline-dépendant kinase) 1.une sous-unité catalytique, protéines kinase, qui est une enzyme phosphorant des protéines cibles, et qui n'est activée qu'en présence d'une cycline, d'où son nom, protéine kinase-cycline dépendante (Cdk) 2.Une sous-unité régulatrice appartenant à la famille des cycline Schéma 1 La première CdK mise en évidence : MPF Schéma 2

*Différents moments d'action pour différentes Cdk :

Les Cdk associées à une cycline vont permettre le déroulement du cycle cellulaire ou sa progression au sein du cycle cellulaire.

b)Rôle des Kinase-cycline-dépendants (Cdk)

C)Mode d'action des complexe cycline-Cdk

Les Cdk sont inactives quand elles ne sont pas associés à une cycline, et phosphorylée par une kinase CAK. Elles deviennent fonctionnelles que lorsqu'elles sont associées à un cycline et phosphorylées par une kinase CAK. La Cdk possède deux poches, une pour fixer la protéine cible, et une pour fixer l'ATP Une fois qu'elle a fixer la protéine cible elle dois utiliser la molécule d'ATP fixer pour la phosphorylé en ADP. Schéma 3 Schéma 4 Toutes les Cdk(1,2,4 et 6) présentent une structure tridimensionnelle similaires caractérisée par l'existence de 2 poches de fixations : 1.Protéine cible 2.L'autre pour l'ATP

Les cyclines : -Pas d'activité enzymatique / Activité régulatrice -ne sont pas présentes pendant tout le cycle, apparaissent de manières cycliques

Les Cdk sont présente tout le long du cycle cellulaire dans la cellule Les cyclines eux, présente à un moment précis du cycle.

6 complexes Cdk/cyclines régulent le cycle cellulaire

D)Le contrôle des Cdk *L'entrée en mitose Constitution d'un stock de Cycline B / Cdk 1 inactif (Pré-MPF)

L'enzyme Wee 1 va phosphorylé la poche d'ATP, qui entraîne un changement de conformation, et la double phosphorylation bloque la fixation de molécule d'ATP. Wee 1 = phosphorylation inhibitrice dominance Schéma 5 Au cours de cette phase S, le complexe est inactif, car on a une phosphorylation par le facteur Wee 1. Entraîne changement de conformation, qui entraîne l'inactivation (pas de fixation de la molécule d'ATP) par la double phosphorylation. Une fois la phase G2 terminée, la cellule entre en mitose, il doit y avoir levé d'inhibition du complexe donc rendre actif le complexe. Cette inhibition est traduit par une interaction avec ce facteurs : CdC25 (phosphatase ) qui va éliminer les groupements phosphates ajouter par la protéines Wee 1 , ajouté au niveau de la poche d'ATP. La suppression des groupements phosphates, se traduit par une nouvelle configuration, qui permet la fixation de molécule d'ATP qui peut ensuite être utilisé pour phosphorylée les protéines cibles.

*Les protéines cicles du complexes Cycline B / Cdk 1 ? -Les condensines et les histones (impliquées dans la condensation des chromosomes). Ce complexe va agir au niveau des histones, la condensine va maintenir accolé les chromosomes entres-eux, grâce à l'activation de ce complexe

-Les lamines (désorganisation de l'enveloppe nucléaire). Se traduit par une phosphorylation des lamines par ce complexe. Une fois qu ce complexe est activé, il va agir sur la phosphorylation des lamines.

-Les protéines impliquées dans l'assemblage du fuseau mitotique. La mise en place du fuseau mitotiques, est possible que par l'activation de ce complexe.

*La sortie de la mitose : dégradation de la cycline B → Inactivé le complexe Dégradation des cyclines par la voie de l'ubiquitine le protéasome

-L'ubiquitine : un petit marqueur qui va être associé au protéines qui doivent être dégradés. -Le protéasome : structure cylindrique de plusieurs sous-unités qui va dégrader les protéines qui doivent être dégrader par l'entrée à travers de la protéine et l'ubiquitine, et ressortir sous forme d'acides aminés.Et une fois libérer, les acides aminés, vont être réutiliser par l'organisme pour la synthèse de nouvelle protéines. Au niveau des cyclines, on a une petite séquence : boite de destruction, qui va être reconnu par une enzyme : ubiquitine ligase. Son rôle est de lier des résidus d'ubiquitine. L'ubiquitine ne s'associe par qu'à un seul résidus mais plusieurs pour que la protéines puisse être reconnue et être directement reconduit au protéasome. Il existe 2 systèmes de dégradation de cycline : -APC/CDH1 : qui intervient dans la dégradation des cyclines qui sont impliqués dans la phase de mitose (ajoute des résidus d'ubiquitine) -SCF : qui intervient dans la dégradation des cycline des phases G1 et S

Il existe 3 types de protéolyse (=destruction des protéines) 1.Une destruction par des enzymes digestives non spécifiques (protéases) : exemple : la trypsine

Au niveau cellulaire : 2.Le système lysosomial non spécifiques permettant la dégradation et le recyclage des protéines cellulaires par des protéases intracellulaires.

3.Le système ubiquitine-protéasome, peu spécifiques (car ce sont les ubiquitines qui sont reconnues et non la protéine) par un système de marquage des protéines à dégrader. Complexe macromoléculaire de plus de 30 protéines.

La sortie de la mitose : Dégradation de la cycline B : L'ubiquitinylation de la cycline B est causée par le complexe APC – Cdh1 (Cdc 20 homologue). Lorsque la cellule entre en mitose, l'ubiquitinylation de la cycline B a lieu et l'activation de l'APC conduit non seulement à l'anaphase mais aussi à l'inactivation du complexe Cycline B / Cdk1

*Passage G1/S Le complexe qui permet le passage G1 à la phase S, est le complexe Cycline E/CdK2. Il est synthétisée grâce à l'intervention des complexes qui les précèdent : Cycline D / Cdk 4 et Cycline D/CdK6 qui vont venir phosphorylé la protéine Rb (rectino blastum) (une protéine qui impliqué dans le développement de tumeur au niveau de l'oeil) et libération de la protéine E2F ← qui est un facteur de transcription (activé la transcription, d'un gène cible, agit au niveau du noyau, et vient se fixer sur le gène promoteur) Il est possible que lorsque que le facteur E2F est libéré. S'il est séquestré il ne peut pas se fixer sur la cycline. Il faut donc phosphorylé la protéine Rb qui va libérer E2F, qui va se fixer sur la région promotrice. Ce complexe va se constituer et permettre la transition G1/S. Schéma 6 Shéma 7

III)Mécanismes de surveillance du cycle cellulaire Si erreur : point de surveillance « chek point » , elle va vérifier qu'elle a tous ce qu'il faut, que tous s'est bien déroulés. Si une erreur est détecté, il faut arrêter le cycle cellulaire. Pour l'arrêter, on va inactiver les complexes de manière a arrêter l'avancer du cycle cellulaire. Il en existe 3 : -G1 / S -G2 / M -Métaphase / Anaphase (phase M)

*Lors de la transition G1 / S Pour que la cellule puisse entrer en phase S, il faut que : l'environnement soit favorable, et taille de la cellule *2. Si son passage n'est pas valable : Voie rapide : Dans un premier temps on va bloquer la CDC25 pour qu'elle ne puisse pas activer les complexes. Les complexes Cycline E/A / CDK 2 vont être inactivés. Schéma 8 Voie lente : la protéine P53 (gardien du génome), c'est elle qui est activé lorsqu'il y a une erreur dans le genome. C'est un facteur de transcription, il va se fixer sur P21, qui est une protéine inhibitrice du complexe Cycline E/ CDK2 P53 va inhiber les CdK,mais il va activer les système de réparation de l'ADN. Schéma 9

Une autre famille de protéines contrôlent aussi les CDK, les CKI (p16, p21) = cycline-dépendant Kinases inhibitor -P 21 se lie à la cycline et bloque la fixation de l'ATP -P 16 se lie à la CDK et empêche la fixation de la cycline (compétition)

La protéines p53, anti-oncogène

Une fois que l'ADN est réparé, il y a reprise du cycle cellulaire Si il ne peuvent pas être réparé, alors la cellule est emmené vers la mort cellulaire : l'APOPTOSE

*Gène muté dans 50% des cancers Incapacité de la protéines à se fixer sur des séquences spécifiques de l'ADN et d'activer la transcription des gènes nécessaires à la réparation de l'ADN ou impliqués dans le déclenchement de l'apoptose Autres exemples de protéines de régulation du cycle cellulaire mutées dans divers cancers

Lors de la transition G2 / M Vérification de l'ADN soit bien répliqué et l'ADN est intact Voie lente : impact P53 et p21 qui inhibe le cycle Voie rapide : Inhibition de CD25

Lors de la transition Métaphase-Anaphase Vérification que les chromosomes sont bien alignés et attachés au kinétochores Pendant la métaphase, les chromosomes sont très condensés, et les chromosomes sont aligner sur le plan équatorial. Pendant l'anaphase, séparation des chromatides attacher entres elles pas les centromères (de cohésines).Schéma 9 Sur ce point de vérification, quand la cellule passe en métaphase, elle ne pourra pas passer en anaphase si les chromosomes ne sont tous pas alignés sur la plaque équatorial. Il est dû au facteur Mad2, signal inhibiteurs envoyé par le kinétochore qui n'est pas fixer à un MT kinétochoriens. Le temps qu'ils est présents dans la cellule : aucune transition Mad2 va séquencé le complexe APC-CDC20 est capable dégradation des cycline dans la mitose, et dégrader la sécurine en ajoutant des éléments d'ubiquitine. La sécurine va être emmenée vers le protéasome, et dégrader, et donc libèration de séparase. La séparase va permettre de séparer les chromatides sœurs entres-elles....