Le cycle cellulaire et son contrôle PDF

18 Chapitre & 17 Le cycle cellulaire et son contrôle La vie d’une cellule eucaryote est assez simple : elle oscille entre des moments de duplication, de division et de préparation. Cette oscillation porte le nom de cycle cellulaire et...

18 Chapitre & 17 Le cycle cellulaire et son contrôle La vie d’une cellule eucaryote est assez simple : elle oscille entre des moments de duplication, de division et de préparation. Cette oscillation porte le nom de cycle cellulaire et est l’objet d’un contrôle très rigoureux. mitore = me partie 1. Le cycle cellulaire Tissus-serie de cellules les mêmes la même qui accompliment fonction Une réponse à des stimulus La cellule reçoit quasi en permanence des stimulus de son environnement, de ses voisines. Ces stimulus influencent = prolifération profondément la vie de la cellule. toute les par s cellules = doit Ainsi, on peut percevoir des stimulus de survie qui acqueris nouvelles indiquent à la cellule qu’elle doit maintenir une activité de fonctions base compatible avec sa survie. ~ Par elle besoin ar Ces stimulus de survie, notés par le signe =, peuvent être pour - 1 combinés à d’autres signes dont un signal de division (+) alimée Seule mark = des > - coupe qui prend le plus souvent la forme d’une protéine, d’un cellules le signal facteur de croissance et qui aboutit à la division de la =Mont cellule de manière à augmenter le nombre de ses cellules. Uniquement chez les eucaryotes Le cycle cellulaire n’existe que chez les eucaryotes. Il est constitué par la succession de 4 phases appelées G1, S, G2 et M. à L’ensemble des phases G1, S et G2 = interphase à La phase M est en dehors de cette interphase et contient 2 évènements : - La mitose - La cytodiérèse La succession des étapes s’effectue toujours dans le même ordre : de G1 (principale phase de croissance) à M en passant par S (phase durant laquelle s’effectue la réplication de l’ADN) et par G2 et ensuite, le cycle recommence. La durée d’un cycle cellulaire varie très fortement en fonction du type de cellule considéré. Il est plus court dans les cellules embryonnaires car elles sont plus petites à la durée du cycle cellulaire d’une cellule embryonnaire d’une drosophile est de l’ordre de 10 minutes alors que la durée du cycle d’une cellule différenciée adulte est de l’ordre de 24 heures. Des extrêmes existent : c’est le cas des hépatocytes dont la durée du cycle dépasse 8700 heures = 1 an. D’autres cellules quittent ce cycle en G1 pour entrer dans une phase de quiescence appelée G0. Elles peuvent y rester des jours, des mois, des semaines, des années voire ne jamais en sortir à c’est le cas des neurones et des cellules musculaires différenciées. Facteur de croissance = signal qui fait progresser la cellule dans le cycle cellulaire 1 2. Le contrôle de la progression du cycle Les expériences de Masui, Markert & Smith, Ecker comment la cellule - change de phase de cycle But de l’expérience : comprendre les premiers éléments qui contrôlent le cycle cellulaire. Au début des années 1970, 2 équipes indépendantes : celle de Masui et Markert et celle de Smith et Ecker ont réalisés des expériences qui ont apporté les premiers éléments de notre compréhension. Résultat : l’entrée en phase M d’une cellule de grenouille qui était initialement en phase G2 pouvait être induite par la micro-injection du cytoplasme provenant d’une cellule en phase M. Par contre, la même opération reproduite à partir du cytoplasme d’une cellule en interphase ne permettait pas de provoquer l’entrée en phase M de la cellule receveuse, elle aussi en G2. à Le cytoplasme des cellules en phase M contient un régulateur positif capable de provoquer la transition G2 à M. Ce régulateur positif a reçu le nom de MPF (facteur promoteur de la phase M). L’expérience de Rush sur « le blob » PRECOCES TARDIFS La découverte d’un régulateur positif de la phase M confirmait également ce qui avait été suggéré par l’expérience de Rusch sur « le blob », une espèce protozoaire monocellulaire géante (peut atteindre 10 mètres). Cette cellule géante contient des milliers de répliques nucléaires, des milliers de noyaux complètement synchronisés au niveau de leur mitose à dans ce cas, il n’y a pas de cytodiérèse. L’idée originale qui expliquait cette synchronisation des mitoses était l’existence d’une horloge biologique interne au noyau. · qo1 noyau commerce mitare fort tous Pour tester cette hypothèse, Rusch et ses collaborateurs ont pratiqué des fusions entre des = - blob à des moments différents de leur cycle cellulaire. 2 Les 2 blobs sont décalés de 2 heures dans le déclanchement de leur mitose et ce décalage se maintient au fur et à mesure des cycles cellulaires. Nous allons appeler ces blobs : précoces et tardifs. Les chercheurs ont fusionné des proportions variables de ces blobs : - 75% de précoces et 25% de tardifs - 50% de précoces et 50% de tardifs - 25% de précoces et 75% de tardifs Ensuite, ils ont observé le décalage qu’il y avait entre le déclanchement de la mitose dans les blobs fusionnés et dans les blobs d’origine. à L’importance dans le décalage dépend de la proportion des blobs fusionnés : plus il y a de blobs précoces dans la fusion, moins le décalage par rapport au blob précoce d’origine est grand. Les scientifiques ont émis l’hypothèse que l’horloge biologique imaginée au départ dans le noyau était en fait dans le cytosol et qu’il s’agissait vraisemblablement d’une substance dont la concentration augmentait progressivement durant l’interphase jusqu’à atteindre un maximum juste avant la mitose. Ce résultat date de 1966 et donc bien avant la proposition du MPF mais leur intuition était la bonne : cette substance est bien du MPF. Le facteur de promotion de la phase M Aujourd’hui, nous avons une vision claire de ce qu’est le MPF à il s’agit d’un complexe fait de 2 protéines : la cycline B et la cdk 1. 2 proteines familles differentes = de 2 Lorsque l’on analyse l’activité biologique du MPF dans une cellule au cours de son cycle cellulaire, on constate que cette activité oscille entre 2 extrêmes. Le pic le plus élevé pour cette activité se situe systématiquement durant la phase M. Les autres moments du cycle sont dépourvus de cette activité. L’activité est faible au début de G2, croissante durant cette phase et maximale en phase M. L’activité disparait ensuite très rapidement pour être indétectable en G1. La variation de l’activité biologique du MPF s’accompagne de la variation de l’abondance d’un de ses constituants : la cycline B. L’abondance de la cycline B est faible au début de G1 et augmente progressivement durant toute la progression du cycle pour atteindre un maximum en phase M, au moment où l’activité du MPF est, elle aussi, maximale. Puis, tout comme pour l’activité du MPF, l’abondance de la cycline B chute jusqu’à devenir minimale en G1. 3 Parallèlement à ces résultats, il a été découvert que l’abondance de la cdk 1 ne variait pas au cours du cycle cellulaire. à Ce résultat suggère que l’activité du MPF dépend de l’interaction de ses 2 constituants dont un, la cycline voit sa concentration varier au cours du cycle à la cycline est la protéine régulatrice de l’activité enzymatique portée par la cdk 1. L’activité de la cdk1 dans le MPF Cycline controle l'activité catalytiques du edle I elements interviennent pas dans la Unitor Cdk 1 est une enzyme de la famille des kinases à cela signifie donc qu’elle va phosphoryler un substrat (dans ce cas, des protéines) en transférant un groupement phosphate de l’ATP vers la protéine cible. Mais cette activité nécessite la liaison de cdk 1 à la cycline, sa protéine régulatrice. Sans cette dernière, pas d’activité à c’est cette caractéristique qui a donné son nom à cdk 1 à cdk = la kinase dépendante de la cycline. Les cibles de cdk 1 sont nombreuses mais on peut en citer certaines qui ont d’ores et déjà été abordées dans les chapitres précédents : - La condensine impliquée dans l’union des chromatides sœur - MAP = 2 protéines associées aux microtubules impliquées dans la formation du fuseau mitotique - Les lamines nucléaires constituant le support de l’enveloppe nucléaire - Les histones H1 et H3 qui jouent un rôle dans la condensation de la chromatine à Toutes ces protéines sont impliquées directement, ou non, dans la mitose. à La prophase – démantèlement de l’enveloppe nucléaire : Un petit retour en arrière montre que le MPF avait déjà été mentionné dans une figure concernant la prophase. Le MPF avait été pointé comme étant l’enzyme responsable de la phosphorylation des lamines et qui aboutissait au démantèlement de l’enveloppe nucléaire. 4 à Pourquoi une phosphorylation est-elle capable de produire autant d’effets ? La fonction d’une protéine est liée à sa structure tertiaire, à la formation de domaines protéiques. Ces structures tertiaires sont influencées par les interactions qui existent entre les différentes parties de la chaine peptidique et parmi les types d’interactions rencontrées, il y a des interactions électrostatiques. L’ajout de 1 ou de plusieurs groupements phosphates sur la chaine peptidique va influencer ces interactions puisque le groupe phosphate est lui-même chargé négativement. ↳ on va perturber sa structure à Imaginons une protéine dans laquelle le site actif ne soit pas replié de façon à assurer son activité : la protéine est donc sous une forme inactive. L’ajout de groupements phosphates sur des acides aminés spécifiques va modifier le repliement de la région phosphorylée par l’établissement de nouvelles interactions électrostatiques avec d’autres régions de la protéine, voire même engendrer des répulsions entre les fragments de la chaine peptidique qui portent des charges de même signe. La subtile modification de forme de la protéine entraine donc son activation. Dans le cas de certaines protéines, il va s’agir du mécanisme inverse : la protéine est désactivée par la phosphorylation. è Les phosphorylations des protéines sont utilisées par la cellule comme un commutateur réversible de l’activité des protéines : les kinases phosphorylent tandis que les phosphatases déphosphorylent le substrat. Le contrôle de l’oscillation Nous savons que l’abondance de la cycline fluctue et que celle de cdk 1 est constante et que c’est le complexe cycline B – cdk 1 qui pousse la cellule vers la phase M. 5  Comment est régulée la fluctuation de l’abondance de la cycline ? L’apparition de la cycline B est le résultat de l’enclenchement de l’expression du gène qui la code et de la traduction de l’ARN messager correspondant à il s’agit donc d’une synthèse de la protéine. La disparition de la cycline, quant à elle, est le résultat de sa dégradation par le protéasome, c’est-à-dire après son marquage pour la dégradation par de l’ubiquitine. > - Ajout Ul par ligase Lorsqu’on analyse en détail ce cycle, on constate que la formation d’un complexe cycline B – cdk 1 n’est pas suffisante. En effet, la cdk du complexe cycline – cdk doit d’abord subir des phosphorylations inactivatrices avant d’être l’objet d’une déphosphorylation activatrice. è On ajoute des phosphates à la cdk à ces phosphates maintiennent son inactivité à on enlève certains de ces phosphates à cela la pousse dans son état actif. Pourquoi une telle complexité ? Pourquoi ajouter 3 phosphates pour ensuite en retirer 2 et maintenir le seul phosphate qui est activateur ? Pourquoi ne pas directement ajouter le phosphate sur le site activateur ? Cette complexité est probablement un système de sécurité pour la cellule qui lui permet d’éviter les activations accidentelles du MPF. Lorsque le MPF a fait son œuvre et que la cycline B est dégradée, le cdk 1 perd son phosphate activateur par une déphosphorylation et le cycle peut recommencer. 3. Un mécanisme général ? Nous avons décrit le mode de transition G2 – M du cycle cellulaire. Mais qu’en est-il des autres transitions ? Le mécanisme que nous avons décrit peut-il être généralisé à celles-ci ? La réponse à cette question provient en partie des résultats obtenus par Rao & Johnson. Les expériences de Rao & Johnson Rao & Johnson ont pratiqué des expériences basées sur la fusion de cellules issues d’un cancer humain et engagées dans des phases différentes du cycle cellulaire. Ils ont ainsi obtenu des cellules binucléées et ont observé la quantité d’ADN présente dans les différents noyaux à ils ont donc pu établir si les noyaux étaient en G1, en S ou en G2. 6 Voici leurs résultats les plus importants : - Dans la première expérience, ils ont effectué une fusion entre une cellule en phase S et une cellule en phase G1 : Le résultat de cette fusion faisait apparaitre que, dès le moment de cette fusion, le noyau initialement en G1 entreprenait une phase S. Ce résultat rappelle ceux obtenus lors des expériences de micro injections de cytoplasme et suggère qu’il existe dans la cellule en phase S, un élément régulateur positif de l’entrée dans cette phase et que celui-ci pousse la cellule en G1 dans la phase S. - Dans la seconde expérience, ils ont effectué une fusion entre une cellule en phase S et une cellule en phase G2 : Dans ce cas, l’élément régulateur se montre incapable de pousser le noyau en G2 vers la phase S. Cela semble indiquer que le noyau en G2 est incompétent pour effectuer cette phase du cycle cellulaire. En outre, le fait que le noyau en G2 n’entre pas en mitose suggère que l’élément régulateur de la phase S n’est pas identique à l’élément régulateur de la phase M à il ne s’agit pas du MPF. - Dans la dernière expérience, ils ont effectué une fusion entre une cellule en phase G1 et une cellule en phase G2 : Dans ce cas, les deux noyaux sont restés dans leur phase initiale. Cela signifie d’une part, que la cellule en G2 ne possède pas d’élément de contrôle en phase S et d’autre part, cela indique que la fusion des cellules n’est pas suffisante pour induire un changement de phase. à L’histoire semble donc se répéter puisque la transition G1 – S est elle aussi contrôlée par un couple cycline – cdk. Le complexe cycline E-cdk 2 s La seule différence est que le pic d’activité est au début de la phase S et non la phase M Comme avec le MPF, l’abondance de la cdk 2 est invariable au cours du cycle cellulaire et c’est l’abondance de la cycline E qui varie cycliquement avec une abondance maximale lors de la transition G1 – S à c’est à cet instant que l’activité maximale du complexe est mesurée. Un mode de contrôle généralisé 7 Ce mode de contrôle de la transition d’une phase à l’autre du cycle cellulaire peut être généralisé à toutes les transitions. L’identité des cyclines et des cdk impliquées dans les couples change à chaque transition : - Transition G1 – S : cycline E - Quelque part dans G2 – M : cycline A - Pour la mitose : cycline B - Cycline D Quelle est la cible de cycline E-cdk 2 ? La cible majeure du complexe cycline E-cdk 2 est une protéine nommée pRb. P signifiant protéine et RB étant une indication de contexte dans lequel on trouve souvent cette protéine : un cancer ophtalmique pédiatrique : le rétinoblastome mais cela ne signifie pas que pRb n’est impliqué que dans une pathologie à pRb a un rôle physiologique normal dans nos cellules. Dans sa forme active, pRb se lie à un facteur de transcription nommé E2F. Cette séquestration empêche E2F de se lier à l’ADN pour y exercer son rôle de facteur de transcription positif sur les gènes de la phase S tel que ceux qui codent pour l’ADN polymérase, pour des enzymes impliqués dans la synthèse de nucléotides ou dans la régulation de la réplication de l’ADN. à En conclusion, pRb empêche la phase S de se dérouler et bloque le cycle cellulaire en phase G1. 2x - : on ajoute 2 the qui repousse Lorsque le complexe cycline E-cdk 2 est activé, celui-ci phosphoryle Rb. s Dans sa forme phosphorylée, Rb est inactif : il ne peut plus interagir avec E2F. Celui-ci est donc libéré et peut dès lors jouer son rôle de facteur de transcription de la phase S. à La protéine pRb active est donc un frein à l’avancée du cycle cellulaire. 8 4. Le contrôle qualité du cycle cellulaire La progression du cycle cellulaire d’une phase à l’autre est contrôlée par un mécanisme général qui fait appel à des complexes cycline - cdk. Mais que se passe-t-il au niveau du cycle cellulaire si un événement anormal s’y produit ? Les points de contrôle – checkpoints Heureusement, 3 points de contrôle (les checkpoints) existent dans le cycle cellulaire pour vérifier la qualité de ses étapes et si son déroulement est sans danger pour l’organisme. Ces points de contrôle sont respectivement situés à la fin de G1, à la fin de G2 et pendant la mitose. Ils indiquent à la cellule si le cycle cellulaire entrepris peut être poursuivit ou doit être arrêté. En effet, le risque pour un organisme serait de procéder à la division et donc à la multiplication de cellules anormales ou de le faire dans des conditions environnementales insuffisantes à les checkpoints sont là pour réduire ce risque. Le « G1 checkpoint » ou point de restriction Le premier point de contrôle = point de contrôle en G1 = point de restriction. = ant important C’est le premier point où la cellule, sur base de l’intégrité de son patrimoine génétique et sur base de l’abondance de ses ressources, décide de poursuivre le cycle cellulaire ou non. 9  La première chose que la cellule va évaluer est l’adéquation de son environnement avec une division, a-t-elle reçu un ordre de division de l’extérieur, a-t-elle reçu un signal « go » (=facteur de croissance) ? neit de est cellule lie à recepteu membranaise "go" qui de en se > ~ o à Si elle a reçu un tel signal, le complexe cycline D – cdk 4/6 est activé et peut S phosphoryler Rb pour conduire la cellule vers la phase S = désactiver à Sans ce signal « go », la cellule est maintenue en G1 La seconde chose qui est vérifiée est l’intégrité du gène. L’existence de dommages à l’ADN comme des cassures dans la chaine d’ADN ne permettra pas à une phase S correcte de se dérouler. La cellule, heureusement, est équipée pour percevoir ces cassures de l’ADN. à Si elle détecte une cassure, elle active une cascade de kinases dont la kinase finale phosphoryle (et donc active) une protéine très importante dans la cellule : p53. factan - de trancriplior spécifique Sous sa forme activée, p53 est capable de se lier à l’ADN au niveau du promoteur du gène codant pour la protéine p21 qui est quant à elle un inhibiteur de cdk 2. empêche = activation à En conséquence, dans le cas où des cassures à l’ADN sont repérées, l’apparition de p21 empêche la phosphorylation de Rb en inhibant cdk 2 ce qui bloque la cellule en G1. Le cycle est arrêté pour permettre à la cellule de mettre en œuvre des mécanismes de réparation. Ces mécanismes ne seront pas abordés dans ce cours. Si la cellule parvient à réparer son ADN, il n’y a plus d’activation de la protéine p53 à La transcription de p21 s’arrête et le cycle peut redémarrer Par contre, si la réparation de l’ADN n’est pas possible, l’abondance de p21 s’accroît d’avantage ce qui envoie la cellule vers un programme de mort appelé apoptose. Le « G2 checkpoint » 10 Le point de contrôle en G2 vise également à vérifier l’intégrité du génome. Le mécanisme est cependant plus simple par rapport à ce qu’on a vu en G1. Tout comme dans ce dernier, les dommages à l’ADN sont évalués par la cellule et mènent à l’activation d’une cascade de kinases. La kinase terminale de cette cascade phosphoryle une protéine nommée cdc 25 (= cell division cycle). Cdc 25 est une phosphatase, c’est-à-dire une enzyme qui catalyse l’enlèvement de groupes phosphates. Cette phosphatase particulière est destinée à éliminer les phosphates inhibiteurs qui avaient été ajoutés au complexe MPF en préambule de son activation. La phosphorylation de cdc 25 entraine sa translocation du noyau vers le cytoplasme, c’est- à-dire à distance de sa cible moléculaire (le MPF) qui est dans le noyau. Elle ne peut donc plus activer MPF en enlevant les phosphates inhibiteurs. à Il en résulte un blocage du cycle dans la phase G2. à Le but de cet arrêt est identique à celui de l’arrêt en G1 : il s’agit de permettre à la cellule de réparer son ADN ou, à défaut, de l’envoyer vers la mort. Le « M checkpoint » Le dernier point de contrôle est le point de contrôle en mitose, il se trouve en métaphase de la mitose. Ce point de contrôle vérifie l’attachement correct des kinétochores aux microtubules. Nous avons vu que l’attachement des microtubules aux kinétochores devait être suivant une modalité amphitélique de manière à assurer une séparation correcte des chromatides sœurs et ainsi éviter les anomalies chromosomiques. à La formation du complexe APC : Prenons l’exemple d’une configuration monotélique : un seul des 2 kinétochores est attaché à un microtubule. Cet attachement laisse donc un kinétochore libre, non occupé par des microtubules. 11 Ce kinétochore libre peut alors se lier aux protéines mab & bub qui s’organisent en un complexe au niveau du kinétochore. Ce complexe est capable de se lier à une protéine appelée cdc 20 (cdc = contrôle de la division cellulaire). F20 kilodalton à Lorsqu’elle est libre, c’est-à-dire non liée à mad & bub, cdc 20 est l’activateur du complexe APC (complexe de promotion de l’anaphase). C’est lui qui va déclencher la séparation des chromatides sœurs lors de la mitose. à La fonction du complexe APC : Le complexe APC activé, c’est-à-dire en présence de cdc 20, est une ubiquitine ligase = une enzyme qui lie des ubiquitines à des substrats. Le complexe APC fonctionne à 2 niveaux pour avancer dans la mitose : 1) Dans le cycle du complexe MPF c’est le complexe APC qui marque la cycline B pour la dégradation en lui transférant des molécules d’ubiquitine. De cette façon, APC éteint le signal d’entrée en mitose. 2) L’anaphase nécessite la dégradation d’une protéine d’union des chromatides sœurs : la cohésine. C’est une enzyme, la séparase catalyse cette dégradation. Pour éviter que la cohésine soit dégradée au mauvais moment c’est-à-dire entre la phase S et l’anaphase, la séparase est inhibée avec une protéine qui interagit avec elle : la sécurine. Pour promouvoir l’anaphase, APC ubiquitine la sécurine qui est alors détruite par le protéasome, libérant la séparase capable alors de dégrader la cohésine à l’anaphase peut avoir lieu. Accélérateur et frein Nous venons de découvrir que la cellule contrôle très étroitement son cycle cellulaire. 12  ~ Pel suppressous = de tumeurs car Pour y parvenir, elle dispose de 2 outils : qd adij empeche d'alle dans : E2F cellule - Les proto-oncogènes induisent la division (ex : certaines cyclines) - Les gènes suppresseurs de tumeurs inhibent la division (ex : p53) ad il production - est la actif permet , de P21 Même si les noms de ces outils font penser à une maladie, ils sont présents et ont une fonction dans les cellules normales. Ces deux outils sont des gènes qui codent pour des protéines qui vont gérer de concert la vitesse de la division des cellules. À l’image d’une voiture de course, la sécurité de la course de la cellule du cycle cellulaire est conditionnée par un usage optimal de l’accélérateur = le proto-oncogène et du frein = le suppresseur de tumeur. L’accident = le cancer peut survenir si des mutations altèrent la fonction tant du frein que de l’accélérateur : à Une mutation peu bloquer l’accélérateur à fond : cet accélérateur = le proto- oncogène s’appellera alors un oncogène à Une mutation peut aussi inactiver le frein Dans les deux cas, la voiture va trop vite : la cellule se divise trop rapidement. Ces deux types de mutations sont souvent observées dans les pathologies oncologiques. 5. Vers la mort cellulaire Plus tôt dans ce chapitre, nous avons évoqué le blocage du cycle cellulaire qui pouvait mener la cellule à déclencher un programme de mort cellulaire si l’ADN ne pouvait pas être réparé. Mais de quoi s’agit-il ? Une mort cellulaire ? Bien entendu, il n’existe pas qu’une seule forme de mort cellulaire. Les scientifiques en décrivent jusqu’une dizaine différente avec parfois des différences très subtiles. Mais les plus évidentes sont : 118 typer ( - La nécrose = la mort purement accidentelle : S Il y a un désordre important : la cellule gonfle jusqu’à éclater, jusqu’à être lysée. ellea subit Cette lyse de la cellule entraine une sortie de la cellule de tous les composants intra de cellulaires, de tous les organites, de toutes les protéines intra cellulaires. dommages er Ces protéines ne sont pas destinées à être en dehors de la cellule et donc elles sont membranes reconnues par le système immunitaire comme étant des agresseurs potentiels, n'est plus comme ne faisant pas partie du soi à il y aura donc une réaction immunitaire qui va organisées provoquer une inflammation importante. 13  - L’apoptose = la mort pleinement organisée : La cellule reste ordonnée, il n’y a pas de gonflement de celle-ci et il y a même une condensation de tous les compartiments de la cellule. Il y a également une vacuolisation de la cellule et l’intégrité des membranes est préservée. De cette manière, le contenu cellulaire ne sort pas à l’extérieur et il y a une réaction immunitaire qui est minimale. à C’est cette forme de mort qui est induite lorsque le cycle cellulaire ne peut pas être redémarré. Une réponse à des stimulus La cellule reçoit quasi en permanence des stimulus de son environnement et de ses voisines. Certains de ceux-ci sont des signaux de survie qui peuvent être combinés à d’autres signaux de division ou de différenciation. Ils vont donc modifier le devenir de la cellule. Mais il existe aussi des signaux de mort qui peuvent se substituer au signal de survie. Ces signaux peuvent être exogènes ou endogènes. L’absence de stimulus de survie est aussi un élément qui va conduire la cellule vers la mort. Une mort physiologique Cellules plus brillantes = cellules en apoptose La mort par apoptose n’est pas qu’une protection pour l’organisme, une méthode d’éliminer les cellules anormales ou endommagées, c’est aussi une fin en soi pour une grande variété de cellule, c’est-à-dire un devenir inexorable et physiologique. Ex1 : le fœtus humain, comme celui de tous les mammifères, il possède à un moment dans sa vie, des structures inter digitées et ces structures disparaissent avant la naissance. Cette disparition est le résultat d’une apoptose des cellules qui les composent. Ex2 : la sélection des lymphocytes T des cellules immunitaires, c’est-à-dire l’élimination des lymphocytes T qui sont incapables de repérer un antigène et qui ne sont donc pas assez performants, mais aussi l’élimination des lymphocytes T dangereux car ils reconnaissent anormalement les antigènes du soi à cette élimination se fait aussi par apoptose. 14 Une perte d’asymétrie membranaire L’apoptose est caractérisée par un certain nombre de particularités dont nous ne citerons que quelques-unes. La première est la rupture de l’asymétrie de la membrane, une rupture de l’asymétrie de la répartition des phospholipides ou, plus exactement de certains phospholipides dans la membrane. En effet, dans une cellule en survie, les phosphatidylsérines (qui sont des phospholipides) sont exclusivement localisées dans le feuillet interne, cytosolique de la membrane plasmique. Très rapidement, après l’induction de l’apoptose, ces phosphatidylsérines basculent également vers le feuillet externe de la membrane plasmique. à Cette caractéristique est utilisée en recherche pour identifier les cellules en apoptose. Une fragmentation de la cellule Cette image montre l’apparence en microscopie électronique à balayage d’un globule blanc normal et d’un globule blanc en apoptose où il est possible d’observer les boursouflures. Une seconde caractéristique de l’apoptose est une condensation de la cellule. Cette condensation, qui n’est pas accompagnée par une réduction de la surface de la membrane plasmique provoque l’apparition de boursouflures à la surface de la cellule. Ces boursouflures portent le nom de « blebbings ». Les boursouflures finissent par se séparer les unes des autres pour constituer les corps apoptotiques = petits fragments de cellule toujours entourés d’une membrane plasmique et pouvant contenir des organites, du matériel génétique ou tout autres constituants de la cellule. Ces corps apoptotiques vont être reconnus par les cellules du système immunitaire qui vont se charger de les éliminer par phagocytose. Très rapidement, grâce à ce phénomène, la trace de la cellule en apoptose aura disparu de l’organisme. 15 Deux voies distinctes Deux voies distinctes peuvent mener une cellule vers l’apoptose : - Une voie dont l’origine moléculaire vient de l’extérieur de la cellule = voie extrinsèque - Une autre voie dont l’origine moléculaire est à l’intérieur de la cellule = voie intrinsèque Voie intrinsèque : Un événement provoque des dommages irréparables à la cellule. Il peut, par exemple, s’agir d’un rayonnement ionisant ou d’ultraviolet qui altèrent le patrimoine génétique ou encore une toxicité vis-à-vis de la mitochondrie. Ces événements provoquent, par un mécanisme connu (mais que nous ne verrons pas), la sortie du cytochrome C de la mitochondrie, vers le cytosol. Le cytochrome C est le transporteur des électrons entre les complexes 3 et 4 de la chaine respiratoire. Cette sortie du cytochrome C a donc 2 effets : - La réduction de l’activité de la chaine respiratoire - La liaison du cytochrome C à un super complexe de protéines nommé l’apoptosome Cet apoptosome consiste en un assemblage du cytochrome C, de l’ATP et de nombreuses autres protéines dont une forme inactive de la caspase 9. La caspase 9 est activée par un clivage protéolytique, c’est-à-dire qu’elle doit être séparée d’un domaine qui l’inactive à ce type de protéine qui doit être séparée d’un domaine inactivateur pour être activée porte le nom de pro-enzyme. Il s’agit donc ici de l’activation de la pro-caspase 9 en caspase 9 par l’apoptosome. Comme toutes les caspases, la caspase 9 est une protéase = enzyme qui brise les liaisons peptidiques des protéines. Les caspases sont toutes sous la forme de pro-enzymes qui, une fois activées par clivage, vont elles-mêmes cliver et donc activer d’autres pro-caspases. Il s’agit d’une cascade d’activation par clivage protéolytique. Les caspases sont classées en caspases initiatrices situées en début de cascade et en caspases effectrices situées en fin de cascade à la caspase 9 est donc initiatrice et la caspase 3 est effectrice. 16  Voie extrinsèque : La seconde voie d’activation de l’apoptose passe par un signal moléculaire extérieur : un ligan qui va se lier à un récepteur membranaire. Cette liaison provoque, elle aussi, l’activation d’une caspase initiatrice : la pro-caspase 8. Celle-ci entame une cascade d’activation protéolytique culminant à l’activation de la caspase effectrice 3. La caspase 3 est donc le point de rencontre entre la voie intrinsèque et la voie extrinsèque de l’apoptose. Ces caspases effectrices sont les tueurs à gage de la cellule. Par leur activité protéolytique, elles vont dégrader des protéines importantes de la cellule, ce qui va aboutir à la mort de cette dernière. Remarque : liaison peptidique = liaison covalente qui s'établit entre la fonction carboxyle portée par le carbone α d'un acide aminé et la fonction amine portée par le carbone α de l'acide aminé suivant dans la chaîne peptidique Remarque 2 : activité protéolytique = qui est en lien ou qui favorise la décomposition en différents morceaux d’une protéine par l’eau (l’hydrolyse) sous l’action des enzymes. Connaissances : Connaître les étapes du cycle cellulaire et l'ordre dans lequel elles se succèdent Savoir à quoi correspond chaque étape du cycle cellulaire Savoir ce qu'est le MPF Savoir comment les complexes cycline-cdk ont été mis en évidence Savoir ce qu'est une cycline Savoir ce qu'est une cdk Savoir comment évoluent les concentrations cellulaires en cycline et cdk durant le cycle cellulaire Savoir comment évolue l'activité des complexes cycline-cdk au cours du cycle cellulaire Savoir qu'elle est l'activité des complexes cycline-cdk Connaître les substrats principaux des complexes cycline-cdk Connaître la fonction du MPF dans la mitose Savoir comment une phosphorylation influence l'activité d'une protéine Savoir comment l'activité des complexes cycline-cdk est contrôlée Savoir ce qu'est pRb, ce qu'il contrôle et comment il réalise ce contrôle Connaître l'existence de E2F et sa fonction Savoir où sont les points de contrôle Savoir ce que sont p53 et p21 Savoir ce que contrôle le "G1 checkpoint" et comment il fonctionne Savoir ce que contrôle le "G2 checkpoint" et comment il fonctionne Savoir ce que contrôle le "M checkpoint" et comment il fonctionne Connaître le rôle et le mode de fonctionnement du complexe APC Savoir comment sont séparés les chromatides soeurs durant une division cellulaire Savoir ce que sont un proto-oncogène et un oncogène Savoir ce qu'est un suppresseur de tumeurs Connaître les caractéristiques et différences principales entre nécrose et apoptose Connaître des exemples physiologiques d'apoptose Savoir ce que sont les caspases et comment elles sont activées Connaître les 2 voies principales de déclenchement de l'apoptose 17