Cours 1 3R (3) PDF - Université de Boumerdes

Université de Boumerdes Département de Biologie Master 1 génétique Module. Réplication, Recombinaison, Réparation Les différentes phases et les événements du cycle cellulaire Une cellule eucaryote doit assurer l'ordre immuable des 4 phases du cycle : G1, S, G2, M et l'obtention de deux...

Université de Boumerdes Département de Biologie Master 1 génétique Module. Réplication, Recombinaison, Réparation Les différentes phases et les événements du cycle cellulaire Une cellule eucaryote doit assurer l'ordre immuable des 4 phases du cycle : G1, S, G2, M et l'obtention de deux cellules filles identiques. Cet article présente, à l'aide d'images et d'animations, les systèmes régulant les 4 phases du cycle cellulaire (essentiellement par des kinases cycline-dépendantes), ainsi que ceux impliqués dans la surveillance de l'ADN garantissant l'obtention de 2 cellules filles rigoureusement identiques. L’intérêt majeur de l’étude de la régulation du cycle cellulaire et de ses points de surveillance réside dans le fait que ces processus sont souvent déréglés dans les cancers. Les différentes phases et les événements du cycle cellulaire Le cycle cellulaire des cellules des eucaryotes supérieurs comprend quatre phases. Durant deux de ces phases, phase S et phase M, les cellules exécutent les deux événements fondamentaux du cycle : réplication de l’ADN (phase S, pour synthèse) et partage rigoureusement égal des chromosomes entre les 2 cellules filles (phase M, pour mitose). Les deux autres phases du cycle, G1 et G2, représentent des intervalles (Gap) : au cours de la phase G1, la cellule effectue sa croissance, intègre les signaux mitogènes ou anti-mitogènes et se prépare pour effectuer correctement la phases S ; au cours de la phase G2, la cellule se prépare pour la phase M.  Université de Boumerdes Département de Biologie Master 1 génétique Module. Réplication, Recombinaison, Réparation La régulation du cycle cellulaire Pour assurer, d’une part, l’ordre immuable de la succession des quatre phases du cycle (régulation du cycle), et d’autre part, l’obtention de deux cellules filles rigoureusement identiques (surveillance de l’ADN), la cellule dispose de systèmes de régulation hautement perfectionnés. Dans le premier cas, (régulation du cycle), ce sont essentiellement des kinases cycline-dépendantes, les Cdk, qui interviennent. Dans le second cas, d’autres molécules interviennent dans différents mécanismes de surveillance du cycle pour inhiber les Cdk de la régulation du cycle et arrêter le cycle, si l’étape précédente n’est pas terminée, ou si une « réparation » est nécessaire. La régulation de la succession des quatre phases du cycle cellulaire Les différentes phases du cycle ont lieu selon l’ordre immuable cité plus haut et c’est pour assurer le maintien de cette séquence qu’interviennent des Cdk assurant la régulation du cycle cellulaire. Il en existe plusieurs ; elles interviennent tout au long du cycle dans un ordre déterminé : en phase G1 et pour la transition G1-S, c’est-à-dire pour le déclenchement de la réplication de l’ADN, en phase S pour la poursuite de la réplication, en phase G2 et pour la transition G2-M, c’est-à-dire pour le déclenchement de la mitose et pour l’exécution de la mitose. Les Cdk agissent soit sur les protéines qui permettent la réalisation des événements du cycle (leur fonction est alors de provoquer les événements du cycle), soit sur la protéine Rb, (leur fonction étant alors de permettre la progression du cycle). La succession normale des différentes phases ne peut avoir lieu que si les différentes Cdk intervenant au cours des différentes phases sont présentes et actives aux moments opportuns. Contrôle du cycle cellulaire L'entrée en phase M est sous le contrôle d'un facteur diffusible, le MPF (Maturation Promoting Factor). Mis en évidence en 1971, le MPF ne sera identifié et caractérisé précisément qu’en 1988. C’est un complexe formé de deux protéines : une sous-unité catalytique, protéine kinase, qui est une enzyme phosphorylant des protéines cibles, et qui n’est active qu’en présence d’une cycline, d’où son nom, protéine kinase-cycline dépendante (Cdk). une sous-unité régulatrice appartenant à la famille des cyclines. Ce complexe cycline / Cdk agit en déclenchant différentes réactions. Il permet, entre autres, de provoquer la condensation des chromosomes, la fragmentation de l’enveloppe nucléaire et la formation du fuseau mitotique. a caractérisation précise des molécules impliquées a permis de démontrer que dans ces deux cas (ainsi que dans les autres transitions de phases), on retrouve des complexes moléculaires semblables, constitués : d’une cycline, protéine sans activité enzymatique, et dont la présence, indispensable à l’activité du complexe, varie au cours du cycle d’une kinase, active lorsqu’elle est associée à une cycline : c’est-à-dire une Cdk (Cyclin Dependent Kinase : kinase dépendante d’une cycline). Université de Boumerdes Département de Biologie Master 1 génétique Module. Réplication, Recombinaison, Réparation La régulation de la succession des quatre phases du cycle par les complexes Cyclines – Cdk Définition et mode d'action des Kinases cycline-dépendantes (Cdk) Entre 1987 et 1990, le régulateur universel de l’entrée en mitose (le MPF) est caractérisé : c’est une kinase cycline-dépendante (Cdk) associée à une cycline. Entre 1990 et 2000, une douzaine de Cycline / Cdk sont décrites chez l’homme. Six d’entre elles interviennent dans le contrôle direct du déroulement du cycle cellulaire. Les Cdk forment des complexes hétérodimériques avec les cyclines, leurs sous unités régulatrices. Figure: Une Cdk s'associe avec une cycline pour former un complexe La première Cdk mise en évidence fut la Cdk1 qui, associée à la cycline B, constitue le MPF : Cycline B / Cdk1 = MPF Les cyclines ne sont pas présentes pendant tout le cycle, elles apparaissent puis disparaissent brusquement à des moments précis du cycle, de façon périodique. Les Cdk peuvent donc être sous forme activée ou désactivée, selon qu’elles sont associées ou non à leur cycline. Mais nous verrons que d’autres activateurs ou inhibiteurs des Cdk interviennent. Les Cdk sont des sérine-thréonine kinases, enzymes qui catalysent la phosphorylation de protéines cibles (= substrats) jouant 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, présente dans les protéines cibles, à condition que cet acide aminé soit dans une séquence d’acides aminés caractéristique (séquence consensus) spécifiquement reconnue par la kinase (exemple : Ser/Thr-Pro-X-Arg/Lys). De cette phosphorylation, il résulte un changement de conformation des protéines cibles, ce qui entraîne des propriétés nouvelles pour ces dernières (activation, inhibition, changement de partenaire d’interaction…). Université de Boumerdes Département de Biologie Master 1 génétique Module. Réplication, Recombinaison, Réparation Les cyclines n’ont pas d’activité enzymatique, ce sont des protéines régulatrices nécessaires aux Cdk pour qu’elles soient enzymatiquement actives Figure. Le complexe Cycline / Cdk agit en phosphorylant une protéine Différents complexes Cycline / Cdk interviennent à des moments précis du cycle cellulaire Le cycle cellulaire est contrôlé par au moins 6 complexes Cycline / Cdk différents qui interviennent à des moments précis du cycle cellulaire. (Chaque Cdk agit sur des substrats définis) Figure: Complexes Cycline / Cdk et cycle cellulaire Université de Boumerdes Département de Biologie Master 1 génétique Module. Réplication, Recombinaison, Réparation Actions des différents complexes Cycline / Cdk au cours du cycle cellulaire Les complexes Cycline / Cdk assurent le bon déroulement du cycle cellulaire, permettant le passage d’une phase à l’autre du cycle et la réalisation des événements du cycle, par le biais de l’activité kinase des Cdk : Activité des cyclines en fonction des moments du cycle Moment du cycle Complexe Effets du complexe Cycline / Cdk Phosphorylent et inactivent la protéine Rb Cycline D / Cdk4 G1 ("Rétinoblastoma protein"), ce qui a pour effet de libérer les facteurs de transcription et E2F qui contrôlent l’expression de gènes nécessaires pour la transition G1/S et pour Cycline D / Cdk 6 la progression de S (synthèse des cyclines E et A, entre autres). Cycline E / Cdk 2 Responsable de la transition G1/S. G1/S Phosphoryle la protéine Rb. Induit la duplication du centrosome dans certains cas (xénope) Phosphoryle des substrats qui déclenchent S Cycline A / Cdk 2 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. G2/M Cycline B / Cdk 1 Dirige la transition G2/M par phosphorylation de nombreux substrats et conduit la progression de la mitose. Université de Boumerdes Département de Biologie Master 1 génétique Module. Réplication, Recombinaison, Réparation