Cycle cellulaire et réplication de l'ADN - PDF

Cycle cellulaire et divisions cellulaires : réplication de l’ADN, scissiparité, mitose Chap. 12 et 16 du manuel Drew Berry: Animations de biologie invisible (TED) Mitose...

Cycle cellulaire et divisions cellulaires : réplication de l’ADN, scissiparité, mitose Chap. 12 et 16 du manuel Drew Berry: Animations de biologie invisible (TED) Mitose Les figures sont tirés de Campbell et al. 2020 1 1 ÉTAPES DU CYCLE CELLULAIRE Le cycle cellulaire est divisé en deux grandes phases: Interphase c’est une phase de préparation à la division cellulaire, où il y a:  croissance cellulaire et métabolisme intense  synthèse (réplication) de l’ADN Division cellulaire (mitose) c’est une phase de division du noyau suivie d’une division du cytoplasme:  division du noyau: mitose ou caryocinèse  division du cytoplasme: cytocinèse 2 2 1 Cycle cellulaire Phase S: (voir p. 258) Période de synthèse de l’ADN Poursuite de la croissance Phase G1: Les cellules croissent rapidement et poursuivent leurs activités de routine Phase G2 : synthèse des matériaux nécessaires à la division cellulaire et poursuite de la croissance Phase M: mitose et cytocinèse 3 3 La phase mitotique alterne avec l’interphase au cours du cycle cellulaire 4 Campbell 2020, p. 274 4 2 Rôles clés de la division cellulaire Voir Figure 12.2 , Page 256 Campbell 2020 Pourquoi la division cellulaire? Unicellulaires (Reproduction) Pluricellulaires (Développement embryonnaire, Croissance et réparation ou régénération des tissus) Croissance de deux pois 5 5 La division cellulaire donne des cellules filles génétiquement identiques Chromatide sœur Encerclez une chromatide sœur du chromosome qu’on voit sur la micrographie 6 6 3  Matériel génétique et réplication de l’ADN p. 351 - 365 7 7 Le matériel génétique, quelques définitions chromatine versus chromosomes Matériel génétique ADN et protéines Voir P. 364, fig. 16,22. Campbell 2020 Nucléosome Dia suivante….  Unité de base du matériel génétique  ADN enroulé autour d'un petit paquet de protéines (histones) Chromatine  Matériel génétique légèrement condensé entre les périodes de division cellulaire  Visible au microscope électronique Chromosome  Matériel génétique fortement condensé durant les périodes de division cellulaire  Constitué d’ADN et de protéines regroupés en un complexe nucléoprotéique  Visible au microscope optique 8 8 4  Fig. 16.22: La condensation de la chromatide dans un chromosome eucaryote Les nucléosomes ou « collier de L’ADN, la Les histones perles » (fibre de 10 nm) double hélice Chromatide L’ADN contenu dans une seule de nos cellules mesure plus de 2 m ! La fibre de 30 nm Le chromosome 9 métaphasique 9 Quelle serait la longueur de tout l’ADN d’un corps humain ? https://www.science-et-vie.com/article-magazine/longueur-adn-corps-humain Question de Pierre-Jean Bernard, Marignane (13) 70 milliards de kilomètres environ serait la taille estimée de tout l’ADN d’un corps humain. Soit 180 000 fois la distance Terre-Lune (384 400 km)! L’ADN contenu dans une seule de nos cellules mesure plus de 2 m ! “Quand il est complètement déroulé, l’ADN génomique contenu dans le noyau d’une cellule humaine mesure 2,3 m”, précise Mohamed Jebbar, professeur de microbiologie à l’université de Brest. Un individu d’environ 70 kg compterait à peu près 30 000 milliards de cellules. Environ 38 000 milliards de bactéries dans notre corps et sur notre peau ! L’ADN d’Escherichia coli, bactérie intestinale très commune chez l’être humain, mesure approximativement 2 cm. “Dans l’absolu, on peut utiliser cette bactérie comme moyenne”, Autres micro-organismes tels que les virus, champignons, archées ou encore protozoaires ? Même s’ils peuplent aussi le microbiome humain, les virus sont en moyenne un millième de fois plus petits que les bactéries. Quant aux autres, leur proportion est négligeable. En prenant en compte notre génome et celui de nos principales colocataires, nous aurions donc : (0,02 m x 38 000 milliards) + (2,3 m x 30 000 milliards). Soit 69 760 milliards de mètres d’information génétique au total 10 10 5  (P. 351) Rappel de la structure de l’ADN Campbell 2020 11 11 Appariement des bases dans l’ADN Campbell 2020 figure 16.8, P352 12 12 6  (P. 351) Rappel de la structure de l’ADN Campbell 2020 13 13 Réplication de l’ADN Animation: réplication d’ADN (Campbell )  La double hélice d’ADN se déroule et ses chaînes de nucléotides de l’ADN se séparent  Les chaînes de nucléotides de l’ADN deviennent une matrice servant à la construction d’une chaîne complémentaire  Chaque nouvelle molécule d’ADN est formé d’un vieux brin (matrice) et d’un brin nouvellement assemblé, et elle constitue une chromatide d’un chromosome 14 14 7  5 Minutes pour Comprendre - La PCR PCR = « Polymerase Chain reaction », ou réaction de polymérase en chaine. C'est une technique de biologie moléculaire très utilisée depuis les années 90. https://www.youtube.com/watch?v=QBcxFwp3Byo&t=3s De 30s à 3min30 15 15 Réplication de l’ADN Modèle semi-conservateur – Brins parentaux – Nouveaux brins Appariement des bases complémentaires – A-T – C-G P. 353 Campbell 2020 16 16 8  Le sens des brins Les ADN polymérases ajoutent des nucléotides à l’extrémité 3’. P. 358, Campbell 2012 17 17 Le sens des brins Fig. 16.14, P. 357, Campbell 2057 Les ADN polymérases ajoutent des nucléotides à l’extrémité 3’. 18 18 9  Fourche de réplication et quelques protéines jouant un rôle dans la réplication  Chaque extrémité d’un œil de réplication prend la forme d’une région en Y appelée fourche de réplication  quelques protéines: lesquelles? 19 19 Dans la cellule, l'ADN, après avoir été séparé en deux brins par l’hélicase, se déroule sur une certaine longueur. L'ADN polymérase III (chez les Eucaryotes) assemble alors, au fur et à mesure que la molécule se sépare, le brin complémentaire 5' - 3' (celui qui s'apparie au brin d'origine 3' - 5' ). Lorsqu'une certaine longueur d'ADN a été séparée en deux brins, une autre ADN polymérase commence à assembler, dans le sens contraire, le brin complémentaire de l'autre partie. 20 Lire P. 357-360, Campbell 2020 20 10  Réplication de l’ADN De nombreuses protéines travaillent de concert pour la réplication et la réparation de l’ADN 21 21 Modèle de réplication de l’ADN De nombreuses protéines travaillent de concert pour la réplication et la réparation de l’ADN fig. 16.17, p. 360 Voir aussi fig. 16.17, p. 359 22 22 11  La réplication Brin directeur (continu) vs brin discontinu (fragments d’Okazaki) Les protéines importantes Hélicase: ouverture de l’ADN Protéines fixatrices de l’ADN monocaténaire stabilisent les brins d’ADN déroulés ADN polymérases synthétisent de nouveaux brins et vérifient que l’ADN est conforme ADN primase: synthétise une courte amorce faite d'ARN sur l’ancien brin ADN polymérase III : élongation du nouveau brin ADN polymérase I : remplace l’amorce d'ARN par des nucléotides d'ADN. ADN ligase: attachement des fragments d'Okazaki Voir fig. 16.17, 23 p. 359 23 Réplication de l’ADN (dans la phase S)  La double hélice d’ADN se déroule et ses chaînes de nucléotides de l’ADN se séparent  Les chaînes de nucléotides de l’ADN deviennent une matrice servant à la construction d’une chaîne complémentaire  Chaque nouvelle molécule d’ADN est formé d’un vieux brin (matrice) et d’un brin nouvellement assemblé, et elle constitue une chromatide d’un chromosome 24 24 12  Mutations Mutations ponctuelles: substitution, suppression ou insertion d’une base dans une séquence nucléotidique d’ADN Ce sont donc des modifications du matériel génétique. On va en revenir dans le chapitre de la synthèse des protéines 25 25 Réparation naturelle de l’ADN par excision de nucléotides fig. 16.19, p. 361 26 26 13  Scissiparité: division chez les bactéries 27 27 Mitose Quelques définitions: Chromosomes: molécules d’ADN condensées lors de la division cellulaire Chromatides-sœurs: chacune des deux molécules d’ADN double (ADN répliqué) retenues au niveau du centromère 28 28 14  Mitose Animation: http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Mitose/img-anim/mitose-anim.htm Division du noyau des cellules somatiques Reproduction des cellules somatiques (remplacement) Croissance des tissus 29 29 Mitose Mitose Prophase Anaphase Mitose Mitose Prométaphase Télophase Mitose Métaphase 30 30 15  Voir fig. 12.7; P. 260-261 du manuel et lire les légendes 31 31 Les phases de la mitose dans une cellule animale (….) 32 32 16  Les phases de la mitose dans une cellule animale (suite…) et cytocinèse 33 (voir fig. 12.7; P. 260-261) et lire les légendes 33 Comparaison de la cytocinèse entre une cellule animale et une cellule végétale 34 34 17  Mitose et cytocinèse végétale (voir fig. 12.11 et lire la légende) Division du cytoplasme Cellule végétale: formation d’une plaque cellulaire Biologie 701: animation 35 http://highered.mcgraw-hill.com/olcweb/cgi/pluginpop.cgi?it=swf::535::535::/sites/dl/free/0072437316/120073/bio14.swf::Mitosis%20and%20Cytokinesis 35 Observation de la mitose des cellules de la racine d’oignon Zone d’élongation Zone de croissance Coiffe 36 36 18  Cellules souches  Les cellules souches et en particulier les cellules souches humaines font l'objet de beaucoup de recherches actuellement, notamment en médecine en vue de régénérer des tissus voire de créer de toute pièce des tissus et organes: c'est l'objectif de la thérapie cellulaire.  L'origine des cellules souches utilisées dans la recherche pose aussi des problèmes d'éthique Les cellules souches induites par reprogrammation Erratum dans la vidéo : les globules rouges n’ont pas d’ADN à leur maturation 37 37 38 38 19  Cellule souche Cellule animale non-différenciée qui conserve sa capacité de se reproduire. – Totipotente: cellule souche embryonnaire qui peut donner un organisme entier fonctionnel – Pluripotente: cellule souche embryonnaire qui peut donner tous les types de cellules d'un des trois feuillets embryonnaires (ectoderme, mésoderme et endoderme) – Multipotente: cellule souche adulte ou fœtale orientée (cellule de la moelle osseuse les cellules du sang) – Unipotente: cellule souche adulte qui peut donner qu’un seul type de cellule (exp. cellule de la peau) 39 39 Ne sera pas évaluée! Régulation du cycle cellulaire: P. 271, Campbell 2012 Les points de contrôle: G1: volume G2: réplication de l’ADN M: alignement des chromosomes Si la cellule reçoit un Si la cellule ne reçoit pas message de message d’autorisation d’autorisation au au point de contrôle G1, le point de contrôle G1, cycle cellulaire s’interrompt le cycle cellulaire se et la cellule entre en phase poursuit. G0, un état de non-division. Que serait-il arrivé si la cellule avait ignoré le point de contrôle G1 et avait 40 poursuivi son cycle? 40 20 Régulation du cycle cellulaire Ne sera pas évaluée! Mécanisme moléculaire de la Cdk: kinases cyclines dépendantes régulation du cycle cellulaire MPF: Maturation-promoting factor Fluctuation de l’activité du MPF et de la concentration de la cycline pendant le cycle cellulaire 41 Page 272, Campbell 2012 41 Régulation du cycle cellulaire Ne sera pas évaluée! Investigation: Le facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) stimule-t-il la division des fibroblastes humains mis en culture? Expérience Résultats Page 273 Conclusion Cette expérience montre que le facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) stimule la division des fibroblastes humains mis en culture Facteur de croissance: protéine libérée par certaines cellules qui stimule la division cellulaire 42 (Mitogène: protéine qui favorise la mitose) 42 21  Ne sera pas Régulation du cycle cellulaire évaluée! Facteurs inhibant la division Stimuli internes : Messages des kinétochores (structure constituée de protéines et de certaines portions d’ADN du centromère à laquelle s’attachent des microtubules du fuseau de division) Stimuli externes : Absence de facteur de croissance dans le milieu de culture Inhibition de contact : l'entassement inhibe la division cellulaire. Absence d’un point d’ancrage 43 Inhibition de contact et point d’ancrage Page 274 43 Les cellules tumorales: Le cancer: de la cellule saine à la cellule malade (extrait) Ce sont des cellules qui échappent à la régulation du cycle cellulaire Elles se divisent de façon anormale, anarchique et excessive 44 44 22  Le cancer Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormale et anarchique au sein d'un tissu normal de l'organisme. 45 Apoptose: mort ou suicide programmée des cellules http://fr.wikipedia.org/wiki/Cancer 45 Le cancer Le rapport des volumes du noyau et de la cellule est anormalement élevé L’inhibition de contact n’est pas respectée Les cellules cancéreuses ont besoin de beaucoup d’énergie et se nourrissent des cellules voisines 46 46 23  Les cellules cancéreuses échappent à la régulation du cycle cellulaire Métastase: foyer secondaire d’un amas de cellules cancéreuses; les cellules cancéreuses ont été propagées par les vaisseaux sanguins ou lymphatiques 47 47 En quoi consistent les termes suivants:  tumeur bénigne: Cellules échappant à la régulation cellulaire, détournant la destruction du système immunitaire, se divisant de façon anarchique mais demeurent localisées dans un tissu formant une masse de cellules transformées (néoplasme)  tumeur maligne: Une tumeur maligne est une tumeur capable d'envahir et de détruire les structures qui lui sont adjacentes et qui peut s'étendre à distance par le biais de métastases (cellules se détachant de la tumeur originelle pour proliférer à distance). Voir page 271 48 48 24  Carcinogenèse Mutations provoquées par un facteur cancérigène Facteurs physiques: rayonnements Infections virales: hépatite Facteurs chimiques: goudron, radicaux libres – Généralement, ces cellules sont détruites par les lysosomes, les peroxysomes ou le système immunitaire – Augmentent avec l’âge 49 49 25