Le cycle cellulaire, sa régulation et son contrôle PDF

UE : PAB - Biologie Cellulaire Pr Selmani Binôme 5 26/09/2024 de 9h à 10h (2ème partie) Anomalies des régulateurs du cycle - Augmentation de Cycline D (souvent dans cancers du sein) - Augmentation de CDK...

UE : PAB - Biologie Cellulaire Pr Selmani Binôme 5 26/09/2024 de 9h à 10h (2ème partie) Anomalies des régulateurs du cycle - Augmentation de Cycline D (souvent dans cancers du sein) - Augmentation de CDK 4 (souvent dans les cancers) - Diminution de CKI (diminution des freins qui pourraient ralentir la cellule tumorale dans sa progression) - Diminution de pRb (accélération du cycle car toujours activé) - p53 mutée ce qui la rend inactive et empêche de bloquer le cycle lors des anomalies liées à l’ADN. 1. Contrôle au long terme du cycle cellulaire a. Dans les cellules normales Dans un environnement riche en FC, il y a une activation des récepteurs par la fixation des FC à leur récepteur = interaction R-L. Il y a ensuite une succession de phosphorylations intracellulaires qui amènent à une cascade d’activation de certaines voies. Ex : voie RAS passant par les MAPK Kinase => accumulation de FT => stimulation de l’expression du gène myc => Protéine myc => stimulation de l’expression du gène de la Cycline D => Cycline D => Progression G1 (voir partie 1). Dans une cellule, on peut avoir après stimulation de FT, l’activation des Récepteurs à Tyrosine kinase. Par des stimuli autres que les FT, il peut aussi y avoir une activation des R liés à la protéine G. Ces 2 voies passent par la voie RAS qui s’active et permet une cascade d’activation de différentes voies de signalisation : MAPK, mTOR, PI3K… La finalité de l’activation de ces voies est une transcription de la Cycline D via les FT puis une traduction. Il y a ensuite une accumulation de la Cycline D et son couplage au CDK4,6 et la cellule fait son entrée en phase G1. b. Dans les cellules tumorales : amplification des signaux activateurs Page 1 | 7  UE : PAB - Biologie Cellulaire Pr Selmani Binôme 5 26/09/2024 de 9h à 10h (2ème partie) Il y a un dysfonctionnement au niveau de ces étapes. 1. Mutation de RAS ou d’un récepteur au FC : activation indépendamment de la fixation du R à son ligand. La voie RAS est activée en continu. La cascade d’activation est maintenue même sans stimuli. Il va y avoir une entrée dans le cycle incontrôlée qui sera accentuée par la progression dans la voie. 2. Activation constitutive des voies de signalisation : via les FT il y a une accumulation de la transcription puis de la traduction de la cycD qui va s’accumuler de façon continue et permettre à la cellule d’être en constante activation de son cycle et de proliférer. 3. Activation continue du cycle : la phase G0 est shuntée. Il y a alors une progression dans la phase G1 et ce en dehors de tout contrôle extérieur. 4. Passage forcé du point R : prolifération et survie incontrôlée (Schéma ci-contre) Un FT se fixe à son récepteur, ce récepteur va activer RAS mais dans une cellule tumorale ces étapes sont shuntées => on arrive directement à l’activation des MapK qui se fait en continu, les FT vont permettre l’expression continue de la Cycline D qui va s’accumuler dans la cellule, se coupler au CDK4-6 et shunter le point de contrôle R => la cellule entre dans un processus de prolifération incontrôlée. Ce type d’altération n’est pas commun à toutes les cellules tumorales, seulement à certains types de cancers, dont certains cancers du sein (accumulation de la cycline D anormale, donc activation en continue de la phase G1 => passage forcé du point R). => Les traitements dans les cancers du sein avec des récepteurs hormonaux. - De façon classique : on utilise des TTT anti-hormonaux (inhibiteurs du R à l’oestrogène) : - inhibiteurs de l’aromatase ou des SERM (ex : Tamoxifen). Les médicaments bloquent cette voie. En effet, il y a une surexpression des récepteurs aux œstrogènes qui active anormalement Bcl2 et E2F. Ces protéines permettent la prolifération et la survie des cellules cancéreuses. - En complément : on ajoute Palbociclib, Ribociclib ou Abemaciclib (nouvelles molécules). Ce sont des inhibiteurs de l’interaction cyD1/CDK4,6. Ils agissent en synergie avec les inhibiteurs de l’aromatase et les SERM. => Ainsi le point de contrôle R qui n’était plus actif se retrouve de nouveau inhibé ce qui induit soit le blocage du cycle de la cellule tumorale, soit son apoptose. Page 2 | 7  UE : PAB - Biologie Cellulaire Pr Selmani Binôme 5 26/09/2024 de 9h à 10h (2ème partie) c. Dans les cellules normales, quand on progresse dans G1, le couple CyE/CDK2 a 3 rôles : 1. CDK2/CyE : complète la phosphorylation de pRB et libère totalement E2F Rb inhibe E2F quand il y est fixé : la transcription de cyclines nécessaires dans la progression du cycle est impossible. Rb est une protéine contrôle. Quand elle est phosphorylée par la Cycline D, elle se détache de E2F et l’active. La transcription d’autres cyclines est alors possible, entraînant la poursuite du cycle. CyE renforce la phosphorylation et libère complètement E2F et permet la transcription et la progression du cycle. 2. CDK2/CyE : favorise la formation de la fourche de réplication. En effet, lorsque couplé avec cdc7 et Dbf4, il va y avoir activation d’un complexe préalablement formé avec l’ORC (Origin Recognition Complex = complexe qui repère certains sites de l’ADN et qui se fixe à des petits chromosomes maintenance qui eux permettent l’entrée dans le cycle) sera activé et phosphorylé. CyE permet l’accentuation et l’activation de ce complexe, mais permet aussi la fixation de cdc45. Ainsi ce complexe activé pourra fixer de l’ADN topoisomérase, de l’ADN isomérase et de l’ADN hélicase. C’est l’ensemble de ce gros complexe et de ses enzymes qui va constituer la fourche de réplication = c’est l’endroit où les 2 brins d’ADN vont être séparés et où la réplication des 2 brins matrices commence et ce qui permet alors de préparer la phase S. 3. CDK2/CyE : permet la dégradation de certains inhibiteurs de cyclines (comme p27). En effet, ce couple va phosphoryler p27 KIP1 qui sera pris en charge par Skp1 et Skp2 en ubiquitinant la protéine et la diriger vers le protéasome pour y être dégradée. => Cela induit qu’il y a eu une activation de ces cyclines et une progression dans le cycle. d. Dans les cellules normales, inhibition des signaux activateurs Le rétinoblastome : perte d’expression de Rb (Knudson, 70’s) : - Analyse épidémiologique cas sporadiques et familiaux (cas de portages d’un allèle muté de Rb qui va diminuer son expression mais sera totalement asymptomatique si 1 allèle muté). Plusieurs générations portent cette mutation asymptomatique et vont rencontrer un cas sporadique aboutissant à un individu à 2 allèles mutés (=> perte Page 3 | 7  UE : PAB - Biologie Cellulaire Pr Selmani Binôme 5 26/09/2024 de 9h à 10h (2ème partie) complète de Rb, ainsi E2F est activé en continu, donc production de CyE continue, menant à une entrée dans le cycle incontrôlée). - 2 évènements doivent se produire o 1979 : délétion de Rb o 1983 : perte de la seconde copie de Rb - Pénétrance 100% pour les cas familiaux e. Dans les cellules normales Le point de contrôle G2/M (entrée en mitose) est régulé par le couple CDK1/cycline B. Ce point de contrôle empêche une ségrégation inadaptée des chromosomes (on s’assure que les 2 cellules filles vont avoir la même quantité de patrimoine génétique avec une bonne séparation des 2 chromatides). Cette transition commence par une déphosphorylation et une activation de CDK1 grâce à CDC25C (phosphatase) qui elle-même peut être régulée par Plk1 ou inhibée par PKA. L’activation de CDK1 permet l’association avec la Cycline B. Cette activation CDK1/CyB va être renforcée par Cycline H et Cycline F et leurs complexes associés. L’action de CDK1/CyB est d’activer l’expression de la survinine, la laminine, la condensine et d’autres protéines nécessaires à l’installation et aux modifications microtubulaires de la cellule pour permettre une bonne mitose. Ce mécanisme peut aussi être finement régulé de manière négative (rétrocontrôle) via Wee1 et Myt1 (inhibent CDK1/CyB en permettant sa prise en charge et sa dégradation via APC). Ces 2 molécules de contrôle peuvent elles aussi être inhibées via la voie Erk et via l’inhibition par PKB/AKT ou p90RSK. => Il faut retenir qu’il existe des contrôles, des rétrocontrôles et des contrôles de ces rétrocontrôles. Les couples Cycline-CDK sont à retenir mais pas les autres protéines citées. Le rôle de la cycline B : - Phosphoryler directement la séparase (enzyme dégradant la cohésine qui est un complexe protéique permettant de maintenir les 2 chromatides dans la cellule). La dégradation de la cohésine va permettre de séparer les 2 brins et poursuivre la mitose. Page 4 | 7  UE : PAB - Biologie Cellulaire Pr Selmani Binôme 5 26/09/2024 de 9h à 10h (2ème partie) - Phosphoryler indirectement la séparase (qui est couplée à la sécurine) en activant le couple cdc20/APC qui amène la sécurine au protéasome pour sa dégradation. Ainsi, la séparase est libérée par cette dégradation, pour être phosphorylée à son tour menant à la dégradation de la cohésine, puis séparer les 2 brins et ainsi poursuivre la mitose (on arrive à la télophase). Plus tard, le couple cdc20/APC dégradera la cycline pour amener la cellule à la fin de son cycle. I. Conclusion On explique ici certains points importants de la régulation du cycle, mais cette régulation est bien plus complexe que ça. Le but est de se rendre compte de la complexité, le cycle cellulaire est un point important de la vie cellulaire, et que sa dérégulation est vraiment les prémisses de certaines pathologies qui peuvent être mortelles. Page 5 | 7  UE : PAB - Biologie Cellulaire Pr Selmani Binôme 5 26/09/2024 de 9h à 10h (2ème partie) On a ici le résumé de l’initiation de l’entrée dans le cycle. C’est d’abord une accumulation des facteurs de croissance qui vont se fixer à leurs récepteurs, qui vont activer des voies de signalisation, qui vont permettre en phase G1 d’accumuler la Cycline D qui va se coupler au Cdk4 et au Cdk6, mais cette activation ne peut se faire aussi que si il y a une inhibition des inhibiteurs comme p16 ou p21. Même si on a des facteurs de transmission qui vont fixer leur récepteurs, il existe quand même des freins qu’il faut aussi arrêter pour pouvoir continuer dans le cycle. C’est un équilibre entre les plus et les moins qui permet le passage à la phase d’après. La cycline D et Rb sont des acteurs importants de cette phase. Ils peuvent être sujets à des modifications et altérations de leur activité qui fait que la cellule va rentrer dans un cycle dérégulé. Page 6 | 7  UE : PAB - Biologie Cellulaire Pr Selmani Binôme 5 26/09/2024 de 9h à 10h (2ème partie) Dans une situation idéale, tout se combine bien en phase G1 => transition de la phase G1 à Phase S qui fait intervenir la Cycline E couplée au Cdk2. Cette étape va retirer Rb du jeu, mais peut aussi être régulée de façon négative par p27 et p21, et aussi par CDC25. Dans la phase S, on retrouve les mêmes acteurs inhibiteurs, p27 et p21, qui sont importants, puis on aura une progression continue jusqu’à la Phase M, avec d’autres activateurs (CDC25) et d’autres inhibiteurs (Wee), et qui pourront être désactivés par des voies de stimulation. La cascade d’évènements liée à la fixation du ligand sur son récepteur va permettre l’activation des cyclines mais dans certaines voies, comme AKT, on aura une inhibition des inhibiteurs du cycle donc une activation du cycle. Il existe 2 types de mécanismes pour activer une voie : ◊ Action directe via un activateur, ◊ Indirecte par inhibition d’un inhibiteur. Toutes ces phases ont des checkpoints qui vont être différents (phase G1/S, phase G2/M), faisant intervenir des complexes comme ATM, Check 2 ou Check 1, pour bloquer le cycle afin de préparer la réparation de l’ADN, ou l’apoptose de la cellule possédant un matériel génétique défectueux ou corrompu. Cette réparation fait intervenir un acteur majeur : p53, qui peut être inhibé si fixé avec mdm2, et qui donc lui aussi est régulé. On a la mitose, avec le rôle que joue le couple CyB/cdk1 avec une dissociation de la cohésine, permettant la séparation des chromatides, et donc la mitose. Une fois la mitose terminée, il y a dégradation des derniers acteurs (cycline B), la cellule va revenir à son état de base, attendant de nouveau un signal afin de recommencer en phase G1, c’est-à-dire avec une nouvelle production de cycline D. Bien connaître ce cycle cellulaire permet de trouver des traitements agissants par exemple sur ces points de contrôle, et de mettre en place des thérapeutiques. Page 7 | 7