Chapitre 2b: Régulation du cycle cellulaire PDF

Chapitre 2b: La Régulation biochimique du cycle cellulaire 1 Phase de post-synthèse Croissance, préparation Division de la mitose Cellulaire Croissance, préparation Répl...

Chapitre 2b: La Régulation biochimique du cycle cellulaire 1 Phase de post-synthèse Croissance, préparation Division de la mitose Cellulaire Croissance, préparation Réplication de l’ADN de la Réplication de - Duplication du l’ADN centrosome 2  N I T Phase G1 E Fonctionnement cellulaire Phase S Croissance par synthèse Fonctionnement R de protéines (la masse et cellulaire le nombre des organites Croissance par augmente) Les chromosomes sont synthèse P non répliqués = protéique chromosomes simples Réplication de Début de réplication l’ADN = du centrosome et chromosomes H des centrioles doubles Phase M A Phase G2 M Fonctionnement cellulaire I Croissance par synthèse protéique S Fin de réplication T du centrosome et Phase M : phase O des centrioles Synthèse de E protéines pour mitotique = S mener la mitose à mitose (division du noyau) terme + cytocinèse (division du E cytoplasme) 3 La taille du noyau augmente durant la phase S La quasi totalité des synthèses cesse durant la phase M G2: elle est marquée par le début de la condensation des chromosomes. 4  Régulation du cycle cellulaire Régulation biochimique: Assurer l’ordre de la succession des quatre phases du cycle (déclenchement et progression) CDK-cycline Assurer l’obtention de deux cellules filles rigoureusement identiques (surveillance de l'ADN) Mécanismes de surveillance: DDCP RCP MCP 5 Les 2 transitions les plus importantes: SPF 6  CDK-CYCLINE MFP ET SPF: complexes formés de 2 protéines: CDK-cycline Les Cdk sont des sérine-thréonine kinases: enzymes qui catalysent la phosphorylation de protéines cibles Elles jouent un rôle dans les événements du cycle cellulaire (fragmentation de l’enveloppe nucléaire, compaction des chromosomes, réplication de l’ADN ….), ou dans l'avancement du cycle. Leur activité consiste à transférer le groupement γ-phosphate de l’ATP sur une sérine ou une thréonine, présentes dans les protéines cibles, à condition que ces acides aminés soient dans une séquence d'acides aminés caractéristique (séquence consensus) spécifiquement reconnue par la kinase (exemple : Ser/Thr- Pro-X-Arg/Lys). 7 CDK-CYCLINE 8  Les cyclines Quatre classes de cycline définies en fonction de l'étape du cycle où elles se lient à Cdk 1- cyclines G1/S : lient Cdk à la fin de G1 et engagent la cellule à répliquer l'ADN 2- cyclines S : lient Cdk pendant la phase S, nécessaire à l’initiation de la réplication de l'ADN 3- cyclines M : promeuvent la mitose 4- cyclines G1: permettent le passage du point start ou point de restriction en G1 tardif 9 10 Entre 1990 et 2000, une douzaine de Cycline / Cdk sont décrites chez l’homme qui interviennent dans le contrôle direct du déroulement du cycle cellulaire. Exemples: MPF: CDK1 – CYCLINE B (M) SPF: CDK2 – Cycline E (G1/S) 12 13 1. Cdk2 humain inactif à cause de la boucle T qui bloque le site actif 2. Activation partielle grâce à la libération partielle du site actif par la sortie partielle de la boucle T suite à la liaison à une cycline 3. Activation complète de Cdk2 par phosphorylation grâce à Cdk Activating Kinase (CAK) 14  Site ATP Site de fixation de la protéine cible 15 Les cyclines contiennent au moins deux domaines fonctionnels: - Le domaine de liaison aux kinases - Le second domaine uniquement présent dans les cyclines de type A et B localisé dans la partie N terminale de la protéine correspond à la boîte de destruction (destruction box). Cette région contient un motif d'acides aminés conservés (séquence consensus RALGDIGN) retrouvé chez de nombreuses espèces (Homme, levure, végétaux, etc.) suivi d'une région riche en lysines avec un site de reconnaissance pour le greffage de plusieurs molécules d'ubiquitine (petite protéine thermostable de 76 acides aminés). https://planet-vie.ens.fr/thematiques/cellules-et-molecules/cycle-cellulaire/la- regulation-du-cycle-cellulaire 16 Représentation schématique des séquences peptidiques de cyclines. En (A) cyclines A et B impliquées lors de la mitose et en (B) les autres types de cylines. 17 a) Phosphorylation (inhibitrice) / dé-phosphorylation (activatrice) b) Protéines inhibitrices : Cdk inhibitor proteins (CKI) c) Protéolyse cyclique des cyclines 18  a- Phosphorylation / déphosphorylation Inhibition par phosphorylation de 2 acides aminés au-dessus du site actif grâce à un protéine kinase appelée Wee1 Activation par déphosphorylation de ces 2 acides aminés au-dessus du site actif grâce à une phosphatase appelée Cdc25. La régulation du cycle cellulaire | Planet-Vie 19 Régulation fine de l'activité de Cdk par phosphorylation inhibitrice 2 (s) Un seul site P est représenté 20 21  b - Protéines inhibitrices Des inhibiteurs de l'activité des complexes cycline- CDK, les CKI découverts en 1993, apportent un niveau supplémentaire de régulation. Ils interagissent soit: - en s'associant à la kinase, - en se liant au complexe cycline- kinase bloquant ainsi l'activité kinase. - D'autres se comportent comme des phosphatases qui déphosphorylent certaines CDK et les inactivent. 22  Inhibition du complexe cycline A - Cdk2 humain par une CKI: p27 23 24 25  c- Protéolyse cyclique des cyclines Deux ligases ubiquitines: - En G et S, un complexe enzymatique SCF est responsable de l’ubiquitination et la destruction des cyclines G1/S et de certaines protéines CKI qui contrôlent l’initiation de la phase S. - En phase M, l’APC (anaphase-promoting complex) est responsable de l’ubiquitination et de la protéolyse des cyclines M et d’autres régulateurs de la mitose. - L’activité de SCF est constante durant le cycle cellulaire alors que celle d’APC change durant les différentes étapes du cycle. 26 Le complexe contenant Skp, Cullin, F-box est un complexe d'ubiquitine ligase multi-protéine E3 27 28  L’activité des CdK est régulée par: 1- l’association à une protéine régulatrice, la cycline 2- des protéines déphosphorylantes ou phosphatases (Cdc 25) déphosphorylations activatrices 3- des protéines phosphorylantes ou kinases (CAK :CdK- Activating kinase , Wee-1 et Polo K) CAK et Polo K phosphorylations activatrices Wee-1 phosphorylations inhibitrices 4- des protéines inhibitrices, les CKI (Cdk Inhibitor): p16, p21, p27, qui ne régulent que négativement 5- déphosphorylation des CDK par élimination du phosphate activateur 29  RÔLES DES COMPLEXES CYCLINES/CDK dans la régulation des différentes étapes du cycle cellulaire 30 Phase Go 31 32  La liaison de mitogènes aux récepteurs de surface cellulaire conduit à l'activation de Ras et une cascade MAP kinase. Un effet de cette voie est l'augmentation de la production de l’expression de Myc gène, de la protéine de régulation. Myc augmente la transcription de plusieurs gènes, y compris le gène codant pour la cycline D et un gène codant pour une sous-unité de l'ubiquitine ligase SCF. L'augmentation conséquente de G1-Cdk et des activités favorise la phosphorylation G1/S- Cdk Rb et l'activation du gène de la protéineE2F réglementaires, résultant en phase S ENTRY. Myc peut également promouvoir l'activité E2F directement en stimulant la transcription du gène E2F. p27 inhibe les complexes cycline D/CDK4/6 et cycline E/CDK2, en phase G1, empêchant ainsi la cellule de progresser vers la phase S. , p27 joue un rôle clé dans l'établissement et le maintien de la quiescence (état G0). Bien que, pour simplifier, Myc est montré comme un monomère, il fonctionne comme un hétérodimère avec une autre protéine appelée Max. 33 34 35  Phase G1 Point de Restriction = START, limite entre G1 précoce et G1 tardif G1 PRECOCE Avant le point de restriction: les cellules ont toujours besoin de facteurs de croissance, sinon elles rentreront en Go G1 TARDIVE Passage du point de restriction au moment où, sous l’influence de facteurs de croissance, la cellule a suffisamment synthétisé de cycline D et de Cycline E / Cdk2 phosphorylant suffisamment de pRb Passé le point de restriction, la cellule commence irréversiblement un cycle 36 Le point de restriction, limite entre G1 précoce et G1 tardif 37  Action de Cycline D / Cdk 4 sur la protéine Rb De part leurs liaisons aux cyclines, les Cdk sont activées, par : des phosphatases : Cdc 25 (responsables de Déphosphorylations "activatrices") des kinases : CAK ("Cdk Activating Kinase" = Cycline H / Cdk 7), (Polo K, indirect), [Phosphorylations "activatrices"]. Under stress Cdk6 and Cdk4 may undergo inhibitory phosphorylation (by Wee1) at specific residues, such as tyrosine 24, tyrosine 17, which can impair its activity. Cdc25A functions as a phosphatase that removes these inhibitory phosphates, allowing Cyclin/cdk to become fully active. 38 Phase G1/S 39 p16INK4a: Directly inhibits Cyclin D/CDK4 and Cyclin D/CDK6, by preventing the binding of Cyclin D to CDK4/6, in aged, or stress or senescent cells p27Kip1 is strongly associated with cellular quiescence and the maintenance of the G₀ state. p27 binds and inhibits Cyclin D/CDK4, Cyclin D/CDK6, Cyclin E/CDK2 and Cyclin A/CDK2 p27 is involved in maintaining cells in reversible quiescence during G₀ by inhibiting CDK activity p16 is more involved in pushing cells into an irreversible G₀-like state during cellular senescence Enzymatically active complexes: cyclin D and the cyclin-dependent kinases CDK4 or CDK6 phosphorylate RB on several sites and cause dissociation of the RB–E2F complex E2F-mediated transcription of cyclin E increases the formation of cyclin E/CDK2 complexes, causing positive feedback that increases RB phosphorylation and drives transition into the S phase of the cell cycle. La fonction essentielle de la Cycline D / Cdk4 est donc d’activer, au début de la phase G1 (G1 40 précoce), la transcription du gène de la cycline E intervenant dans la phase suivante du cycle. 42 43  Formation de cycline A – cdk2 = SPF Le complexe Cycline E / Cdk 2 se forme >>>> phosphoryle RB complètement. Boucle de rétro-activation, l’amplification de la synthèse de sa propre cycline. >> Rb hyperphosphorylé >>> libération du facteur E2F qui stimule alors la transcription du gène de la cycline suivante, la cycline A >> Action sur autre type de Rb (pRb, p130, 107) >>> Libération d’autre types de facteur E2F (1, 2, 3, 4) >>>> Transcription de la cycline A 44 La phase S 45  S-Cdk initie la réplication de l’ADN une fois par cycle La réplication de l’ADN débute aux origines de réplication ou ori qui sont dispersés dans de nombreux endroits de chaque chromosome. Une machinerie de protéines spécifiques déroule la double hélice d’ADN pour avoir deux simples brins d’ADN qui serviront de matrice. Puis on a l’élongation, où on a un brin précoce et un brin retardé. 2 étapes distinctes pour s’assurer que la duplication se fait une fois par cycle 46  S-Cdk initie la réplication de l’ADN une fois par cycle La première étape: elle se déroule vers la fin de la mitose/ début de la phase G1, où un volumineux complexe de protéines initiatrices «complexe pré-réplicatif ou pré-RC » s’assemble aux origines de réplication. La deuxième étape : elle a lieu au début de la phase S, lorsque les pré- RC forment un complexe protéique plus grand le complexe de pré- initiation. Il déroule l’hélice d’ADN et appelle l’ADN polymérase et les autres enzymes pour initier la synthèse de l’ADN. 47  S-Cdk initie la réplication de l’ADN une fois par cycle Une fois l’origine de réplication a été activée de cette façon, le pré-RC est démantelé et ne peut être rassemblé à l’origine de réplication que jusqu’à la prochaine phase G1. Ainsi, les origines de réplication ne peuvent être activées qu’une seule fois par cycle cellulaire. 48 49 Au cours de la phase G1, il y a une synthèse de cdc6p qui se fixe à la chromatine au niveau du complexe ORC, toujours présent sur la chromatine quelle que soit la phase du cycle. Les protéines MCM peuvent alors interagir avec la chromatine au voisinage de ORC-cdc6p. Cet assemblage constitue le pré- RC. Lors de la transition G1/S, les complexes cycline A- CDK (S- CDK) et cdc7-Dbf4 (DDK) éliminent les protéines cdc6p et MCM. Ceci déclenche d'une part la synthèse d'ADN et d'autre part empêche la formation de nouveaux pré- RC. A la fin de la duplication, les chromatides sœurs restent associées. Grâce à l'activation des CDK de la phase M impliquées dans la formation du fuseau mitotique les chromosomes peuvent alors s'aligner et former la plaque métaphasique. Les M- CDK activent également le complexe APC (Anaphase Promoting Complex) qui favorise 1a dissociation des chromatides sœurs et facilite leur migration à chaque pôle de la cellule. APC s'avère toujours actif au début de la phase G1, et n'est inactivé que par les CDK propres à cette phase. Finalement, le cycle cellulaire analysé au niveau du chromosome remet en question la notion de point START ou point de restriction et confirme que les complexes cyclines- CDK lors des expériences de fusion cellulaire ne peuvent agir que si la chromatine présente 50 la conformation appropriée. 51 S-Cdk initie la duplication des protéines associées aux chromosomes La duplication du chromosome implique la duplication des structures chromatiniennes. ❑ L’ADN des chromosomes est empaqueté par une grande variété de composantes protéiques (histones et protéines régulatrices). ❑ La duplication implique alors la duplication de ces protéines et leur assemblage correct sur l’ADN. ❑ La production des protéines de la chromatine augmente lors de la phase S pour fournir le matériel de base nécessaire à l’empaquetage des nouvelle molécules d’ADN synthétisées. 52 S-Cdk initie la duplication des protéines associées aux chromosomes ❑ Les S-CDK stimulent une forte synthèse des 4 sous-unités qui forment l’octamère d’histone qui est au cœur de chaque nucléosome. ❑ Ces nucléosomes sont distribués aux 2 brins d’ADN qui émergent de la machinerie de synthèse de l’ADN 53  Cycline E-cdk Responsable de la transition G1/S. Phosphoryle la protéine Rb. Induit la duplication du centrosome dans certains cas (xénope) Cycline A-cdk Phosphoryle des substrats qui déclenchent et entretiennent la réplication de l’ADN et l’inactivation de facteurs de transcription de la phase G1. Induit la duplication du centrosome chez les mammifères. Arrête la dégradation de la cycline B qui s'accumule en phosphorylant cycline B empêchant ainsi sa dégradation le temps qu’elle lie cdk1. 54  Phase G2/M > L'entrée en mitose, ou transition G2 / M est sous le contrôle du complexe Cycline B / Cdk1, et se réalise de manière brutale. > Or, on peut constater que la Cycline B est synthétisée pendant une longue période du cycle, et que le complexe Cycline B / Cdk1 se forme progressivement au cours des phases S et G2. 55 Cdk 1 s'associe à la cycline B, et est phosphorylée par CAK et Wee 1. 56 Cycle d'activation et de désactivation du MPF. L'activité kinase de CDKl s'exerce lorsque celle-ci est d'une part associée à une cycline mitotique (CyB) et, d'autre part, lorsque les résidus T14 et Y15 sont déphosphorylés par cdc25. 57 Activation butale du complexe CyclineB/cdk1 https://planet-vie.ens.fr/thematiques/cellules-et-molecules/cycle- cellulaire/la-regulation-du-cycle-cellulaire 58 L'activation du stock de Cycline B / Cdk1 est le résultat d'une série de réactions interdépendantes : 1- Lorsque la réplication est terminée, la phosphatase Cdc25 n'est plus séquestrée dans le cytoplasme et passe dans le noyau 2- Enfin de phase G2, la phosphatase Cdc25 est activée, probablement par phosphorylation par la kinase Polo. Cdc25 a alors pour action d'enlever les deux phosphates inhibiteurs de CyclineB/Cdk 1. Ceci permet l'activation d'une petite partie du stock de Cycline B / Cdk1. 3- Cdk 1 peut alors phosphoryler Cdc25 (sur un site différent de celui de la kinase Polo). Cette phosphorylation active Cdc25 : Cycline B/Cdk 1 active donc son propre activateur (processus d'auto-activation). En parallèle, Cycline B/Cdk 1 phosphoryle Wee1, inhibant cette protéine: CyclineB/Cdk1 inhibe donc son propre inhibiteur. Ce double mécanisme de rétrocontrôle positif permet d'obtenir rapidement et de façon irréversible une grande quantité de complexes Cycline B / Cdk1 actifs (feed- back positif). Une activation partielle de Cdc25 par la kinase Polo permet l’activation d’une sous population de complexes CyclineB/Cdk1 qui, par la suite, phosphoryle plus de Cdc- 25 et de Wee1. Ceci permet plus de déphosphorylation de cyclineB/Cdk1 et aboutit à une activation très rapide de tous les complexes Cycline B/Cdk 1 dans la cellule. 59  Protéines cibles de Cycline B / Cdk1 Au début de la mitose, les complexes Cycline B / Cdk1 activés agissent en phosphorylant diverses protéines cibles. Parmi ces nombreuses protéines, on trouve : Les condensines, les histones H1 et H3, impliquées dans la condensation des chromosomes. Les lamines, qui permettent la désorganisation de l’enveloppe nucléaire. Des protéines associées aux microtubules (MAPs), qui permettent l’assemblage du fuseau mitotique. L’APC (Anaphase Promoting Complex) dont l’activité est nécessaire à l’ubiquitinylation de la sécurine et de la cycline B (ce qui permet la sortie de la mitose). CDK1-cyline B phosphoryle Cdc25 (auto-activation) et Wee1 (inactivation de l’inhibition) Conséquences de l'activité des complexes Cycline B / Cdk1 Globalement, l’activité kinase de ce complexe permet de provoquer de très nombreux évènements de la mitose : La condensation des chromosomes. La désorganisation de l’enveloppe nucléaire. Le réarrangement du cytosquelette de tubuline et l’assemblage du fuseau mitotique. L’attachement des chromosomes répliqués au fuseau. Le réarrangement de l’actine. La réorganisation du Golgi et du réticulum endoplasmique. La dégradation de la Sécurine et de la Cycline B par APC-Cdc 20 (ce qui permet la sortie de la mitose). 60  * La désorganisation de l’enveloppe nucléaire La phosphorylation des lamines (filaments intermédiaires du noyau) par la Cycline B / Cdk 1 au début de la mitose provoque leur dépolymérisation. Or ces lamines étaient associées à l'enveloppe nucléaire, et permettaient de la structurer. En conséquence, leur dépolymérisation a pour effet de désorganiser l’enveloppe nucléaire qui se disperse en petites vésicules. Certaines lamines (les lamines B) restent ancrées dans les vésicules d'enveloppe nucléaire car elles sont isoprénylées (ancre lipidique). Les lamines ont des séquences de liaison aux chromosomes, ce qui facilite la reformation de l'enveloppe nucléaire autour de ceux-ci en fin de mitose. Le processus inverse a lieu à la télophase, en fin de mitose, lorsque les lamines seront déphosphorylées. 61 62 La lamina nucléaire (ou lamine) repose sur la surface intérieure de la membrane nucléaire intérieure (INM), où elle sert à maintenir la stabilité nucléaire, à organiser la chromatine et à lier les complexes de pores nucléaires (NPC) et une liste de protéines d'enveloppe nucléaire (pourpre) et de transcription (rose). Les protéines d'enveloppe nucléaire liées à la lamine comprennent la nesprine, l'émerine, les protéines 1 et 2 associées à la lamina (LAP1 et LAP2), le récepteur B laminaire (LBR) et MAN1. Les facteurs de transcription qui se lient au feuillet incluent le régulateur transcriptionnel du rétinoblastome (RB), la protéine de liaison des cellules germinales (GCL), la protéine liant l'élément de réponse au stérol (SREBP1), FOS et MOK2. Le facteur de barrière d'auto-intégration (BAF) est une protéine associée à la chromatine qui se lie également à la lamina nucléaire et à plusieurs des protéines d'enveloppe nucléaire mentionnées. La protéine hétérochromatine 1 (HP1) lie la chromatine et la LBR. ONM est 63 la membrane nucléaire extérieure How does the cell-cycle control system trigger these dramatic changes in the cell’s microtubules at the onset of mitosis? M-Cdk Phosphorylation Microtubule-motor Microtubule-associated proteins (Kinesin and dynein) proteins (MAPs) Proteines motrices These include both stabilizing and destabilizing microtubules, guiding microtubules towards specific cellular locations, cross-linking microtubules and mediating the interactions of Catastrophins microtubules with other proteins in the cell (kinesin-related proteins) Augmente la dépolymérisation Diminue la dépolymérisation C’est la balance entre les activités opposées de ces protéines qui est responsable de la dynamique du fuseau mitotique. 64  La sortie de mitose Après la migration des chromosomes aux pôles du fuseau, les processus inverses de la prophase doivent avoir lieu. L’inactivation du complexe Cycline B / Cdk 1 a lieu essentiellement par la protéolyse ubiquitine-dépendante de la cycline B. L’ubiquitinylation de la cycline est causée par le complexe APC-Cdh1 (Cdc 20 homolog). En effet, pour ubiquitinyler la Cycline B, l'APC a besoin d'une autre sous-unité de spécificité de substrat différente Cdc 20, la Cdh1 La dégradation protéolytique de la cycline B par les enzymes du protéasome nécessite que la cycline soit au préalable reconnue et « marquée » par des chaînes d’ubiquitine par l’APC/Cdh1. Il faut remarquer que c’est le complexe CyclineB/Cdk1 actif qui est lui- même à l’origine de l’activation de la dégradation de la cyline B, sa sous-unité activatrice. En effet, c’est lui qui, lorsque la cellule entre en mitose, provoque la préactivation de l’APC en le phosphorylant. Lorsque ces complexes seront devenus actifs, l’ubiquitinylation de la cycline B aura lieu. Ainsi l’activation de l'APC conduit non seulement à l’anaphase mais aussi à l’inactivation du complexe Cycline B / Cdk1 ce qui entraîne tous les autres événements qui permettent à la cellule 65 de sortir de la mitose. 66  RESUME Cycline - CDK 67  Contrôle de la transition entre les phases Si l'anaphase débute avant que tous les chromosomes soient fixés aux microtubules kinétochoriens, il y aurait dans les cellules filles une absence de certains chromosomes et/ou une présence de chromosomes surnuméraires. Quand ce processus, appelé non disjonction, se produit au cours des divisions qui génèrent les gamètes mâles et des trisomies peuvent apparaître et avoir comme conséquences des anomalies du développement et un retard mental. Les points de contrôle permettent d'éviter de nombreuses erreurs comme: - une réplication partielle de l'ADN avant l'entrée en mitose, - des défauts dans l'assemblage du fuseau mitotique entraînant une mauvaise distribution des chromosomes, - des anomalies au niveau de la structure de l'ADN qui pourraient générer des mutants échappant au contrôle de la 68 prolifération (carcinogenèse). En effet, si seules les Cdk intervenaient, l'enchaînement des phases du cycle pourrait continuer à avoir lieu, même si l’ADN était endommagé, ce qui conduirait finalement à des anomalies génétiques ou chromosomiques graves pour les cellules, par exemple perte d'un chromosome ou d'un morceau d'ADN. 69  Les mécanismes de surveillance En plus des Cdk, molécules permettant le passage d’une phase à l’autre et l’enchaînement des événements du cycle, existent des mécanismes capables de surveiller des processus très importants du cycle, de détecter des anomalies et d’imposer l’arrêt du cycle si des anomalies sont constatées. Ces mécanismes interviennent lorsque: – des lésions (DDCP = DNA Damage Checkpoint) – ou des anomalies de réplication de l’ADN (RCP = Réplication Checkpoint) sont détectées, – ou pour contrôler que les chromatides-sœurs vont bien se répartir équitablement dans les deux cellules filles (MCP = Mitotic Checkpoint). Ils assurent en quelque sorte le « contrôle qualité » du cycle cellulaire 70 CHECKPOINTS DDCP et transition G1/S RCP et transition G2/M MCP et transition métaphase-anaphase 71 La surveillance de l’intégrité de l’ADN (DDPC) n’est pas réalisée en un point particulier du cycle mais s’effectue en réalité tout au long de l’interphase (G1, S, G2). Ainsi, lorsqu’une lésion de l’ADN existe, le cycle peut être arrêté soit en G1, (la cellule n’effectue alors pas la transition G1/S), soit en S, soit en G2 (la cellule ne rentre alors pas en mitose). La transition G1/S ne pourra donc avoir lieu que si l’ADN est en bon état. La surveillance de l’accomplissement de la réplication (RCP) ne se fait pas en un point précis du cycle mais s’étale tout au long de la phase S et de la phase G2. Ainsi, la cellule ne pourra pas commencer la mitose tant que la réplication n’est pas correctement terminée et lorsqu’un défaut de réplication est détecté, la cellule arrête le cycle. La transition G2/M ne pourra donc se faire que si la réplication est correctement terminée et si l’ADN n’est pas lésé. La surveillance de l’attachement correct des chromosomes métaphasiques au fuseau, ou checkpoint mitotique (MCP), ne s’exerce que dans le court laps de temps de la métaphase et jusqu’à ce que le dernier chromosome ait atteint la plaque métaphasique. La transition métaphase-anaphase ne peut avoir lieu que si tous les chromosomes sont alignés en plaque métaphasique. 72 La surveillance assure: - le maintien de l’intégrité de l’ADN - et la qualité de la réplication de l’ADN. Si l’ADN présente des lésions ou si la réplication ne s’effectue pas correctement, le cycle est arrêté pour donner à la cellule le temps de réparer et de terminer correctement la réplication. Un autre aspect du contrôle veille à ce que le partage des chromosomes entre les 2 cellules-filles s’effectue de façon parfaitement équitable au cours de la transition métaphase – anaphase : si tous les chromosomes ne sont pas correctement attachés aux fibres kinétochoriennes, l’anaphase ne débute pas, les deux chromatides-sœurs de chaque chromosome restent liées l’une à l’autre. Dans tous les cas, si les anomalies sont trop importantes ou si les mécanismes de réparation échouent, un programme de mort cellulaire par apoptose est mis en place. 73  Des molécules nouvelles interviennent Les mécanismes de surveillance font intervenir des molécules nouvelles, différentes des Cycline / Cdk (qui assurent la progression du cycle cellulaire) et différentes des molécules qui interviennent directement dans les événements du cycle. Parmi ces molécules se trouvent des kinases qui se lient à l’ADN, (DNA-PK) : o kinase ATM (ataxia-telangiectasia mutée), o kinase ATR (ataxia-telangiectasia Related), o ainsi que les protéines sérine-thréonine kinases Chk1 et Chk2 (check-point protein kinase). o La protéine Mad2 (Mitotic arrest deficient-2) intervient au point de surveillance métaphase – anaphase. 74  Blocage de la transition G1-S Si l’ADN est endommagé, la transition G1-S est bloquée par les mécanismes de surveillance de l’état de l’ADN (DDCP). Ces mécanismes aboutissent: - à la dégradation de Cdc25A, ce qui arrête le cycle puisque les complexes CyclineD/Cdk4 et Cyclines E,A/Cdk2 ne peuvent plus être activés par Cdc25A, - à l’accumulation dans la cellule de p53 qui induit l’expression de p21, inhibiteur des complexes Cyclines E, A/Cdk2. La p53 induit également la transcription d’enzymes de réparation de l’ADN. 75 76  Blocage de la transition G2/M Dans ce cas, il s’agit pour la cellule de faire en sorte que la mitose ne soit pas déclenchée tant que la réplication n’est pas totalement achevée ou tant que les lésions détectées dans l’ADN qui s’est répliqué ne sont pas réparées. Pour cela, les molécules qui interviennent vont bloquer le processus d'activation de la Cdk1. Deux types de réponses existent : La phosphorylation de Cdc25C entraîne sa séquestration dans le cytoplasme, loin de son substrat nucléaire Cdk1. Le maintien de l’arrêt en G2 fait intervenir également la p53, facteur de transcription de la p21 et d’enzymes de réparation de l’ADN. La p21 bloque l’activité de cycline B / Cdk1. Ainsi, le complexe Cycline B / Cdk 1 garde ses phosphorylations inhibitrices, ou bien est bloqué par la p21, tant que la réplication n’est pas achevée : aucune mitose ne débute avant la fin de la réplication. 77  MECANISME DE SURVEILLANCE: G2 / M ADN ENDOMMAGE (RCP = REPLICATION Checkpoint) 1 > Les lésions de l’ADN activent Chk1 et Chk2 qui phosphorylent Cdc25C sur des sérines. Le complexe Cycline B / Cdk1 reste alors phosphorylé donc inactif. 2 > Si la réplication est inachevée, c'est ATR qui phosphoryle chk1 >> phosphoryle la polo kinase (inactivation) et la cdc25 3 > p 53 et p21 78 Causes des lésions d’ADN 79 ATR et ATM 80 Point de surveillance de l'attachement correct des chromosomes au fuseau : transition métaphase / anaphase Normalement, à l’anaphase, les chromatides-sœurs se séparent lorsque la séparase (une protéase) détruit par protéolyse spécifique la cohésine qui les maintient rassemblées. Or, tant que les chromosomes métaphasiques ne sont pas correctement attachés au fuseau par leurs kinétochores (et, il suffit qu’un seul ne le soit pas), la séparase est inhibée par la sécurine. La destruction de la sécurine est sous la dépendance de l’APC-Cdc20 (APC = Anaphase Promoting Complex, ubiquitine ligase active lorsqu’elle est associée à la protéine Cdc20) qui reste inhibée par la protéine Mad2 tant que les chromosomes ne sont pas tous correctement attachés. Chaque kinétochore non correctement attaché au fuseau envoie un signal inhibiteur bloquant l’activation de APC-Cdc20. Ce signal généré par le kinétochore non attaché correspond à la protéine Mad2 : un seul kinétochore mal attaché a pour conséquence la liaison de Mad2 sur le complexe APC-Cdc20, et ainsi son inhibition. Une fois que tous les kinétochores sont attachés, Mad2 n’est plus activée et ne peut plus inhiber le complexe APC- Cdc20 qui devient actif, ce qui permet la destruction de la sécurine et la séparation des chromatides pour leur ascension polaire opposée. 81  MECANISME DE SURVEILLANCE: METAPHASE – ANAPHASE (MCP = MITOTIC CHECKPOINT) 1 > Tant qu'il reste au moins un kinétochore non associé au fuseau, celui-ci émet un signal négatif, grâce à Mad2, qui aboutit à l'absence de la levée de l'inhibition de la sécurine sur la séparase. Sans séparase active, la transition vers l'anaphase ne se 82 réalise pas. P53 (Annexe 2) 83