Ronéo 4 LAS - Cours de Biologie Cellulaire PDF

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 SOCLE COMMUN UE BIOCHIMIE ET BIOLOGIE MOLÉCULAIRE Matière Titre du cours Date Professeur Cours vu Biologie 01- ADN ET CYCLE CELLULAIRE 13/10 Pr. Oudar cellulaire 02- RÉGULATION DU CYCLE 13/10 Pr. Oudar CELLULAIRE UE SHS Matière Titre du cours Date Professeur Cours vu Éthique 01- SENS ET ÉTHIQUE DU SOIN 17/10 Pr. Vassy UE MÉTIERS DE LA SANTÉ Matière Titre du cours Date Professeur Cours vu 01- ORGANISATION DU SYSTÈME 16/10 Pr. Dumas Anatomie CARDIOVASCULAIRE ET RESPIRATOIRE 02- COURS TEAMS 19/10 Pr. Dumas UE SCIENCE DE LA MATIÈRE ET BIOSTATISTIQUES Matière Titre du cours Date Professeur Cours vu 01- LA CONSTITUTION DES MATIÈRES 10/10 Pr. Lecouvey ORGANIQUE 02- ISOMÉRIE PLANE ET 12/10 Pr. Lecouvey Chimie CONFORMATIONNELLE 03- ISOMÉRIE DE CONFIGURATION 12/10 Pr. Lecouvey 04- EFFET INDUCTIF 12/10 Pr. Lecouvey 05- EFFET MÉSOMÈRE 12/10 Pr. Lecouvey 06- RÉACTIFS ET INTERMÉDIAIRES 12/10 Pr. Lecouvey RÉACTIONNELS  SOCLE COMMUN  UE BIOLOGIE – SOCLE COMMUN Biologie cellulaire 05 – STRUCTURE DE L’ADN ET CYCLE CELLULAIRE Points clés ❖ Connaitre la structure générale de l’ADN ❖ Connaitre les différentes phases du cycle cellulaire et comprendre les mécanismes de régula3on du cycle cellulaire ❖ Connaitre les différences entre mitose et méiose ❖ Connaitre les différents rôles du MPF ❖ Comprendre les enjeux de la mitose et de la méiose Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny PLAN DU COURS I. L’ADN, support de l’informa8on géné8que A. Structure de l’ADN B. Le complexe ADN - Histone II. Le cycle de division cellulaire III. La mitose A. Prophase B. Prométaphase C. Métaphase D. Anaphase E. Télophase F. Cytocinèse IV. La méiose Université Page 2 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny I. L’ADN, support de l’informa8on géné8que A. Structure de l’ADN ♦ L’ADN (= Acide Désoxyribo Nucléique) est une molécule bicaténaire organisée en double hélice dextre (s’enroule sur la droite). ♦ Molécule qui peut être parBculièrement longue (dépend des espèces), elle correspond à l’associaBon polymère de nucléoBdes, et est consBtuée de deux chaines hélicoïdales an4 parallèles (brin 3’-5’ et brin 5’-3’) enroulées autour d’un axe commun o Indispensable à la vie cellulaire car les molécules d’ADN conBennent les informaBons nécessaires à la synthèse de toutes les protéines structurales et enzymaBques ♦ C’est un polymère de nucléo3des, eux même cons3tués : o D’un sucre (= un pentose (sucre à 5 carbones), un désoxyribose) o D’une base azotée o D’un groupement phosphate ♦ Le seul élément qui disBngue un nucléoBde d’un autre est sa base. o Il existe 4 bases azotées différentes : l’Adénine (A), la Guanine (G), la Cytosine (C) et la Thymine (T). ♦ CePe structure de l’ADN est dû au fait qu’il s’établit des liaisons chimiques entre les bases. Ces quatre bases suivent un système d’appariement exclusif : o Les bases Adénines ne peuvent s’apparier qu’avec les bases Thymine (2 liaisons) o Les bases Guanines qu’avec les bases Cytosines (3 liaisons) ♦ Ce qui fait porter l’informaBon généBque à cePe molécule, c’est la succession de ces différents nucléoBdes ♦ Le Pas de l’hélice d’ADN est de 3,4nm et conBent 10 paires de désoxyribonucléoBdes distant de 0,34nm ♦ Le diamètre extérieur de la molécule d’ADN est de 2nm ♦ Longueur de l’ADN dépend des espèces : o Pour une bactérie comme l’Escherichia Coli : 1mm de long ; con4ent 4 x 104 paires de bases o Pour les spermatozoïdes : 1m de long ; con4ent 109 paires de Structure ter3aire et bases tridimensionnelle (Si on met les 23 chromosomes bout à bout) ♦ Le cadre anBparallèle s’explique parce que la séquence d’un des brins est 1 phosphate / 1 sucre / 1 phosphate / 1sucre etc., avec la numérotaBon 3’ du désoxyribose à une extrémité et à l’autre extrémité, la numérotaBon 5’ du phosphate. Sur l’autre brin, la séquence sera inverse. Université Page 3 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny I. L’ADN, support de l’informa8on géné8que B. Le complexe ADN - histone ♦ Pour faire rentrer l’informaBon généBque dans le volume restreint qu’est le noyau d’une cellule, il faut que l’ADN soit associé à des protéines pour se condenser. L’ADN a une taille de 2nm de diamètre mais quelques 10aines de cm de longueur. Pour cela : o L’ADN est en quelque sorte protégé dans la chroma4ne car l’ADN est associé de manière quasi- permanente à des protéines spécifiques qui sont les histones. o Les histones ont une forme de peBt cylindre autour duquel la molécule d’ADN va s’enrouler un très grand nombre de fois pour permePre sa condensaBon. o Ces structures sont ce qu’on appelle des nucléosomes = assemblage de 8 histones (2 fois 4 protéines différentes = Octamère) o L’histone de type H1 (=Linker histone) permet de regrouper des nucléosomes et abouBr à leur agrégaBon = Permet la formaBon de solénoïdes. o CePe compacBon permet le passage d’une fibre de 2nm de diamètre (ADN ac4f) à une fibre de 30 nm (ADN inac4f) = condensa4on qui permet l’entrée de l’ADN dans le noyau. ♦ Le degré de compac4on de l’ADN reflète aussi l’ac4vité de ce dernier. En effet, pour permePre la synthèse des protéines, une machinerie complexe va lire la molécule d’ADN et induire la formaBon d’ARN messager, ou des ARN de manière générale, au cours de la transcripBon. Pour assurer la transcripBon, la machinerie de transcrip4on va dérouler l’ADN, la détacher des histones temporairement pour pouvoir la lire et la transcrire. o Lorsque l’ADN est sous la forme d’une fibre nucléosomique (= Structure dite en « Chapelet de perle ») : ADN ac4f o A l’inverse lorsque l’ADN est condensé (= Fibre de 30nm), elle n’est plus accessible à la machinerie et la transcrip4on ne peut plus se faire ♦ Au cours de la vie d’une cellule, lors des différentes étapes cellulaires, les molécules d’ADN vont être plus ou moins condensées Université Page 4 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny II. Le cycle de division cellulaire Cycle cellulaire ♦ Le cycle cellulaire est l’ensemble des évènements suivis par une cellule entre deux étapes de division cellulaire. Le cycle cellulaire commence au moment où les cellules se forment à la suite de la division et s’achève lorsque cePe cellule se divise en 2 cellules filles ♦ Des facteurs extrinsèques et intrinsèques sont suscepBbles de modifier le cycle cellulaire. Généralités o Procaryotes : Cycles de divisions cellulaires rapides. Le chromosome bactérien, ou nucléoïde est sans arrêt en réplicaBon. o Eucaryotes : Mécanismes différents où les phases du cycle cellulaire et celle de réplicaBon sont bien définis, avec des intervalles de temps eux-mêmes bien définis. Chaque cycle cellulaire consiste en 4 phases successives : G1, S, G2 et M. ♦ On disBngue deux grandes étapes : o Interphase : ConsBtuées par les trois première phases (G1, S et G2) o Mitose : Caractérisée par la dispariBon de l’enveloppe et l’appariBon des chromosomes. ♦ On obBent les phases successives suivantes : G1, S, G2 et M (=Mitose) ♦ La phase S étant le moment où la quan4té d’ADN double ♦ On rappelle également que ces phases se succèdent selon un cycle Les différentes phases du cycle cellulaire Université Page 5 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny II. Le cycle de division cellulaire Techniques d’étude du cycle cellulaire Incorpora3on d’une molécule fluorescente qui se lie à l’ADN et quan3fica3on par cytométrie en flux ♦ ÉvaluaBon quanBtaBve de l’ADN : o IncorporaBon d’une molécule fluorescente qui se lie à l’ADN o Analyse par cytométrie en flux : chaque cellule passe individuellement devant un rayon laser qui mesure la fluorescence ♦ On constate : o Un premier pic traduisant un nombre élevé de cellules en phase G1 o Un plateau : Phase durant laquelle les cellules doublent leur ADN = Phase S o Un deuxième pic correspondant aux cellules avec une double quanBté d'ADN juste avant la mitose = Phase G2 o On a également quelques cellules en phase M avant que ne s’effectue la séparaBon de l’ADN dans les cellules. ♦ A noter que la durée des phases du cycle sont différentes en foncBon des espèces cellulaires Université Page 6 sur 20 Sorbonne Paris Nord  Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny II. Le cycle de division cellulaire Mise en évidence de la régula8on du cycle cellulaire ♦ Respecter l’ordre des phases Fonc3ons de la Assurer l’ordre de succession des 4 phases du cycle régula3on du cycle Avant le passage à la phase suivante : points de contrôle cellulaire ♦ Surveillance de l’ADN (mainQen du patrimoine généQque, exacQtude de la réplicaQon de l’ADN) Expérience de fusions cellulaires ♦ Fusion des cellules qui sont à des stades différents du cycle cellulaire à l’aide d’un certain nombre d’agent capable de faire fusionner les cellules o On se retrouve avec une seule cellule possédant deux noyaux ♦ But : Savoir si une cellule conQent un facteur de sQmulaQon d’une étape du cycle ♦ Nous allons voir cela dans les 3 expériences suivantes : ♦ 1ère expérience : o Fusion : Cellule en mitose/cellule interphase G2 o On remarque que la cellule en interphase G2 voit sa membrane disparaitre. o Cela veut donc dire que celle-ci entre en mitose o Conclusion : Cela sous-entend qu’il existe un facteur capable d’induire la mitose de la cellule en interphase : C’est le MPF ème ♦2 expérience o Fusion : Cellule en phase S / cellule en G1 o L’ADN de la cellule en G1 se réplique et rentre en phase S o Conclusion : La cellule en phase S conQent donc un élément capable d’induire la réplica3on de l’autre cellule (cellule en G1) ème ♦3 expérience : o Fusion : Cellule en phase S/ cellule en G2 o L’ADN de la cellule en G2 ne se réplique pas car il existe un mécanisme de contrôle qui empêche l’ADN de se répliquer deux fois. Université Page 7 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny II. Le cycle de division cellulaire La régula>on du cycle cellulaire ♦ Le MPF est un facteur universel présent chez tous les eucaryotes de la levure à l’Homme (découvert en 1971 et structure déterminée en 1988). Rôle MPF et le ♦ MPF = Mitosis Promo4ng Factor ou M-Phase Promo4ng Factor main3en de l'état ♦ Facteur qui permet de faire entrer une cellule en phase G2 en phase M mito3que ♦ C’est un complexe consBtué de 2 protéines : ♦ o Une sous-unité kinase (enzyme) : cdk1 o Seconde sous-unité : la cycline B. o L’acBvité de la kinase est régulée par la cycline Le cdk1 est une protéine kinase rebapBsé Cyclin-dependant protein kinase 1 (il existe d’autres types de cdk) Les différents points cri3ques au cours 1 : Lorsque la cellule est en phase G1, la cellule a besoin d’être s4mulée du cycle cellulaire par des facteurs extérieurs (les facteurs de croissances) nécessaires pour que la cellule con4nue son cycle. 2 : Certaines cellules peuvent potenBellement sorBr du cycle cellulaire et entrer dans une phase de quiescence nommée G0. o La cellule n’est pas morte mais elle ne se développe plus o Ex : Le neurone (cellule nerveuse différenciée) ne se divise plus et est en G0 définiBvement 3 : Les cellules en phase G1 nécessitent des facteurs de croissances jusqu’au point de contrôle 4 : Avant le passage en phase S, a lieu une phase de vérifica4on : o Cellule suffisamment volumineuse (passage d’une cellule mère à 2 cellules filles plus pe4tes) o Environnement favorable Université Page 8 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny II. Le cycle de division cellulaire La régula>on du cycle cellulaire (suite) 5 : Mise en place de la phase S, phase durant laquelle de l’ADN est synthé4sé. Présence de mécanismes de contrôle, pour s’assurer que : o L’ADN est correctement dédoublé = Molécules obtenues idenBques aux molécules parentales o Si présence d’erreur, des systèmes de correcBon existent 6 : Si les systèmes de réparaBon se trouvent débordés, il y aura un phénomène d’apoptose. La cellule meurt plutôt que de transmePre de l’informaBon généBque erronée. 7 : C’est le passage en phase G2, au cours de laquelle il y a là aussi des mécanismes de contrôles visant à vérifier que : o Tout l’ADN est répliqué Les différents points o VérificaBon de l’intégrité de l’ADN cri3ques au cours o L’environnement est favorable du cycle cellulaire o La cellule est suffisamment volumineuse o Il y a suffisamment d’éléments pour préparer la division cellulaire, en parBculier les éléments du cytosquelePe. 8 : Entrée en phase de mitose o Présence d’un point de contrôle qui permet de vérifier que tous les chromosomes sont alignés sur le fuseau mitoBque o Permet de s’assurer que chacune des cellules filles partent avec la même quanBté de chromosomes (Donc la moiBé de la quanBté présente en G2) Conclusion : On a donc plusieurs points de contrôles (Checkpoints) qui vérifient que tout est correct à différents endroits de manière à pouvoir passer dans le cycle suivant Université Page 9 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny Le cycle de division cellulaire Les familles de protéines qui régulent la division cellulaire Les chefs d’orchestre : les kinases à cycline (cdk) et les inhibiteurs (cdki) ♦ L’un des chefs d’orchestre déjà rencontré est le MPF (Cycline B/Cdk1) : o Capable de faire passer la cellule en mitose ♦ En effet, il existe plusieurs types de cycline et Cdk qui contrôlent à différents endroits le cycle cellulaire. ♦ D’autre part, pour contrôler encore plus finement le cycle cellulaire, il existe des inhibiteurs de ces Cdk : Les Cdki Généralités ♦ = Cyclin-dependant proteine kinase inhibitors ♦ Ce sont des inhibiteurs endogènes des complexes cycline CdK qui bloquent ou ralenBssent le cycle cellulaire. Cdk i ♦ Il en existe plusieurs types : o Phase G1 : IntervenBon de P16 et P21 o P27 o Phase S : IntervenBon de P21 ♦ Pour rappel, le MPF est issu de l’associaBon de : MPF et régula3on de o Cdk1 son ac3vité o Cycline B selon ♦ Expression de ces sous-unités au cours du cycle : l’expression de ses sous-unités o La Cdk1 est exprimée de manière permanente o Tandis que l’expression des cyclines B est temporaire et cyclique o Ainsi lorsque la quanBté de cycline B est suffisante elle va s’associer à Cdk1 = MPF ac4f o De plus lors de la dégradaBon de la cycline B, le MPF deviendra inac4f Université Page 10 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny Le cycle de division cellulaire Les familles de protéines qui régulent la division cellulaire Les chefs d’orchestre : les kinases à cycline (cdk) et les inhibiteurs (cdki) (suite) Graphique sur l’expression Cycline – CDK en fonc3on du temps ♦ Condensa4on des chromosomes par phosphorylaBon des histones H1 permePant une ségrégaBon équitable des chromosomes dans chacune des deux cellules ♦ Désorganisa4on et dépolymérisa4on des lamines (éléments du cytosquelePe). o Les lamines sont responsables de la désorganisaBon de l’enveloppe nucléaire déclenchée par le MPF o C’est une étape nécessaire à la bonne ségrégaBon des chromosomes Les différents ♦ Désorganisa4on du RE et du Golgi rôles du MPF o Permet une ségrégaBon dans les deux cellules filles. ♦ Agit également sur des inhibiteurs qui vont limiter la traducBon et la transcripBon pendant la mitose ♦ Agit sur le cytosquelefe, notamment sur les microtubules et l’ac4ne o Permet un réarrangement du système microtubulaire et la formaBon du fuseau de division ♦ Le MPF agit également sur des inhibiteurs qui vont limiter la traducBon et la transcripBon pendant la mitose ♦ Ac4ve le système protéoly4que de l’Ubiqui4ne qui va provoquer la dégradaBon de la cycline B. Ainsi, le MPF est à l’origine de sa propre dégradaBon. Université Page 11 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny III. La mitose ♦ Lors de la mitose, la cellule va devoir répar4r de manière équitable en deux son cytoplasme et tout ce qu’il conBent, à savoir les organites. C’est une phase au cours de laquelle la cellule mère se divise en 2 cellules filles iden4ques. o La quesBon qui se pose : Comment répar4r son informa4on géné4que de manière iden4que dans chacune des deux cellules filles ? o Sachant que dans une cellule en interphase, l’ADN est sous forme de fibre de 30nm, la cellule va devoir trouver un système de condensaBon pour cePe réparBBon. La cellule a dû durant la phase S : o Dupliquer ses chromosomes (réplicaBon) o Dupliquer son centrosome (peBt organite à l’origine du fuseau mitoBque) De plus la cellule va devoir : Généralités o Condenser la chromaBne en chromosome o Faire disparaître la membrane nucléaire o Séparer les chromaBdes o Les réparBr entre les deux cellules filles Tout ceci va avoir lieu durant les différentes phases de la mitose à savoir : Prophase o Prométaphase o Métaphase o Anaphase o Télophase ➔Suivi par la cytokinèse = SéparaBon physique des deux cellules filles ➔Ensuite, la cellule rentre en interphase (G1, S, G2) Université Page 12 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny III. LA MITOSE A. Prophase ♦ Phase la plus longue, qui dure au moins la moiBé du temps de la mitose Généralités o Dû au fait que c’est durant cePe phase que la chromaBne diffuse se condense sous forme de chromosome ♦ La chromaBne étant condensé, l’ADN ne sera plus accessible aux machineries transcripBonnelles o = Arrêt des transcrip4ons 1 : Condensa4on de la chroma4ne en chromosome ✓ APénuaBon progressive de la transcripBon du fait de l’inaccessibilité de l’ADN 2 : Parallèlement le fuseau de division, composé de tubuline et des protéines qui y sont associés, se met en place. ✓ Les centrosomes qui se sont dédoublés pendant la phase S et qui étaient Les étapes : restés collés pendant la phase G2, vont se séparer et s’éloigner l’un de l’autre ✓ Des fibres, appelées microtubules, vont rayonner à parBr des centrosomes : parmi celles-ci, les microtubules polaires vont permePre aux deux centrioles de rejoindre les 2 pôles de la cellule en milieu/fin de prophase 3: En fin de prophase : Fragmenta4on de l’enveloppe nucléaire en peBtes vésicules du fait du MPF Université Page 13 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny III. LA MITOSE B. La prométaphase ♦ Phase rela4vement courte mais fondamentale pour le bon déroulement de la mitose Généralités ♦ Commence par la dispari4on complète de l’enveloppe nucléaire. ♦ De plus, les organites, que sont le RE et l’appareil de Golgi, se sont désagrégés sous forme de peBtes vésicules, ce qui permePra une séparaBon facilitée dans les deux cellules filles ♦ L’enveloppe nucléaire n’existant plus, les chromosomes vont entrer en contact avec les microtubules kinétochoriens au niveau des kinétochores des chromosomes. o Kinétochore = Assemblage protéique sur les chromosomes, en forme de lamelle de plusieurs couches permePant la liaison avec des microtubules ♦ Ces microtubules kinétochoriens d’un des deux pôles sont capables de s’allonger ou de se raccourcir, c’est-à-dire de se polymériser ou de se dépolymériser pour aller s’accrocher aux kinétochores des chromosomes, ce qui créé une forme de pontage entre le chromosome et un centriole : ♦ Les microtubules vont d’abord s’accrocher d’un côté (= Afachement unipolaire) ♦ Puis, les MT kinétochoriens de l’autre pôle vont également se fixer au chromosome (= Afachement bipolaire, c’est-à-dire au niveau des deux Les étapes pôles) ♦ Le nombre de microtubules qui se fixent sur un kinétochore dépend des espèces. Chez les mammifères : environ 30 ♦ Une fois les kinétochores accrochés de façon bipolaire, déplacement des chromosomes vers le plan médian (la plaque métaphasique) de la cellule grâce à la polymérisaBon/dépolymérisaBon des MT kinétochoriens. o = Permet de préparer la métaphase durant laquelle tous les chromosomes devront être alignés Université Page 14 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny III. LA MITOSE C. Métaphase ♦ Alignement des centromères et des centrosomes sur le plan équatorial. ♦ Point de contrôle : VérificaBon de l’aPachement et de l’alignement des chromosomes permePant une répar44on équitable entre les 2 cellules filles. III. LA MITOSE D. Anaphase ♦ Durant cePe phase, grâce à des enzymes, il y a rupture des cohésines, qui sont le matériel maintenant les chromaBdes ensemble. ♦ Ensuite, les microtubules kinétochoriens se dépolymérisent (= se raccourcissent) o Entrainent les chromosomes vers les pôles de la cellule o Au final, à chaque pôle, chaque chromosome sera consBtué d’une seule chromaBde o = C’est l’anaphase A ♦ Durant l’anaphase B : o La cellule qui était ronde va s’allonger ce qui permePra ensuite de séparer cePe cellule en deux o FormaBon sur le plan médian d’un sphincter grâce à des protéines contracBles (acBne-myosine). Cela va provoquer un étranglement de la cellule. ➔ Permet d’amener la télophase Université Page 15 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny III. LA MITOSE E. Télophase ♦ Les protéines contracQles vont conQnuer à agir. Leur acQon va abouQr au clivage de la cellule mère : o En se resserrant, il va y avoir fusion des membranes o AppariQon des deux cellules filles qui restent dans un premier temps liées l’une à l’autre ♦ La chroma3ne des chromosomes va se décondenser ♦ L’enveloppe nucléaire va réapparaitre autour du matériel généQque o Provient de vésicules de l’enveloppe nucléaire de la cellule mère III. LA MITOSE F. La cytocinèse ♦ C’est le stade 2 cellules ♦ Etape de sépara3on défini3ve des 2 cellules filles (= la cytocinèse) ♦ Les chroma3nes des cellules sont complètement décondensées ✓ Retour de la transcripQon possible ✓ La cellule va rentrer en phase G1 (puis S, …) Université Page 16 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny IV. La MEIOSE ♦ Division parBculière qui touche spécifiquement un type de cellule et qui conduit à la formaBon de gamètes mâles (spermatozoïdes) et gamètes femelles (les ovules). Défini3on ♦ Phénomène régulateur préalable à la fécondaBon ♦ Nous avons un système de cellules qui sont diploïdes. ✓ Lors de la fécondaBon, fusion des gamètes devant être modifiées au préalable pour avoir un génome de type haploïde, puisque l’œuf fécondé conBent la moiBé de l’informaBon venant du père et la moiBé venant de la mère. Généralités Au cours de la mitose une cellule diploïde 2N donne 2 cellules diploïdes idenBques. Au cours de la méiose, ces cellules à l’origine des gamètes vont procéder à 2 divisions successives avec une seule réplica4on préalable. o Méiose 1 : après la duplicaBon en phase S, les chromosomes subissent la première division (=Division réduc4onnelle) qui permet de séparer les chromosomes en 2 lots Passage de 2N chromosome à N chromosome : On va donc se retrouver avec 2 cellules diploïdes, avec des chromosomes contenant 2 chromaBdes mais chacune des cellules conBent N chromosomes. Ces cellules ne vont pas rentrer dans une phase de réplicaBon mais subir une nouvelle division. o Méiose 2 : la 2ème division (=division équa4onnelle) permet le passage des cellules à N chromosome de 2 chromaBdes à 1 chromaBde La durée et le nombre de phases de la division équaBonnelle dépend des espèces ➔ On obBent alors 4 cellules haploïdes différentes, à l’origine de la diversité du patrimoine généBque. ♦ En effet, au cours de la prophase 1, il peut y avoir des enjambements ou « Crossing-Over » qui consiste en un échange de morceaux de chromosomes entre des chromosomes homologues ♦ Ceci va permePre d’obtenir des chromosomes différents. Université Page 17 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny IV.LA MÉIOSE Prophase 1 ♦ CondensaBon de la chromaBne avec 4 sous-phases successives, dont le nom est lié à l’aspect du chromosome pendant ces 4 sous-phases : o Les 5 étapes de Leptotène : la prophase I ✓ Rapprochement des chromosomes homologues o Zygotène : ✓ Forma4on du complexe synaptonémal (=complexe protéique non-histone qui va lier les deux chromaBdes sur la quasi-totalité de la longueur du chromosome) o Pachytène : ✓ Phase rela4vement longue ✓ CondensaBon et raccourcissement des chromosomes. ✓ C’est à ce stade que peut subvenir les crossing-over et que les chromosomes prennent le nom de tétrades o Diplotène : ✓ = Désassemblage ✓ Les paires de chromosomes homologues se séparent en 4 chromaBdes avec désagréga4on du complexe synaptonémal. ✓ Les chromaBnes peuvent rester aPachées en un ou plusieurs points par des chiasmas, qui correspondent aux zones d’enjambement ayant lieu au pachytène o Diacinèse : ✓ Etape au cours de laquelle il va y avoir séparaBon des deux chromosomes qui vont migrer vers la périphérie ♦ C’est très différent par rapport à une mitose classique car dans la mitose classique ce sont les deux chroma4des de chaque chromosome qui vont aller dans la cellule fille. ♦ Ici lors de l’anaphase 1, les deux chromaBdes restent associés, c’est le chromosome qui va parBr pour donner des cellules avec un nombre haploïde de chromosomes : les 4 chroma4des ont des séquences différentes grâce aux crossing over. Université Page 18 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny IV.LAMÉIOSE Prophase 1 (suite) Les 5 étapes ♦ Au final, les 4 cellules auront un patrimoine généBque différent (cf. schéma). de la prophase Ce sont des cellules gamètes haploïdes avec un chromosome consBtué d’un I chromosome, ce qui est indispensable pour qu’au moment de la (Suite) fécondaBon, on retrouve une cellule œuf à 2n chromosomes. Schéma récapitulant les différences entre la mitose et la méiose Université Page 19 sur 20 Sorbonne Paris Nord Biologie cellulaire Tutorat 05 – Le cycle cellulaire Santé Bobigny Université Page 20 sur 20 Sorbonne Paris Nord  UE BIOLOGIE – SOCLE COMMUN Biologie cellulaire 06 – REGULATION DU CYCLE CELLULAIRE Points clés ❖ Définitions et modes d’actions des différentes CDK ❖ Connaître les différents complexes cyclines-CDK et leurs moments d’intervention ❖ Actions des différents complexes cyclines-CDK Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire PLAN DU COURS I. Introduction II. Les kinases cyclines dépendantes (CDK) A. Propriétés B. Mode d’action des CDK C. Complexes cyclines cdk D. Mécanisme de régulation des cdk III. Trois mécanismes de surveillances importants IV. La mitose V. La protéine P53 « gardien du génome » VI. La phase G0 VII. Gènes suppresseurs de tumeurs Université Page 2 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire I. INTRODUCTION ♦ Le cycle cellulaire est l’ensemble des phases que connait une cellule entre 2 divisions. ♦ Il consiste en un ensemble ordonné d’événements qui vont mener à la croissance cellulaire et à la division en 2 cellules filles. ♦ Les étapes sont dans l’ordre : G1 (intervalle) , S (synthèse) , G2 ( intervalle) , M (mitose). On distingue une phase G1 qui est une phase de croissance notamment du cytoplasme ; une phase S au cours de laquelle il y a duplication de l’ADN (phase de synthèse de l’ADN) et duplication du centrosome ; une phase G2 qui est une phase de préparation à la division cellulaire ; la phase M de mitose qui se termine par la séparation des 2 cellules filles c’est-à-dire la division du cytoplasme par la cytokinèse. ♦ On considère que les phases G1, G2 et S constituent Cycle cellulaire l’interphase, qui peut suivant les cas, être rallongée par une phase G0. ♦ Il est extrêmement important pour la survie des cellules et des organismes que ce cycle cellulaire soit régulé. Les organismes doivent pouvoir arrêter la division cellulaire lorsque la cellule est endommagée, ou lorsqu’il n’y a pas suffisamment de nourriture, d’oxygène, et ceci, de manière à pouvoir permettre une nouvelle croissance. Mais ils doivent aussi pouvoir démarrer une nouvelle division lorsque la croissance ou des phénomènes physiologiques comme les phénomènes de cicatrisation sont nécessaires. Régulation du ♦ Pour faire cette régulation, les cellules vont utiliser une variété de cycle cellulaire cascades de signaux, essentiellement chimiques, dans laquelle il y a une sorte de maillon d’une chaîne qui va créer des effets extrêmement complexes, basés sur des signaux qui sont à l’origine relativement simples. ♦ Nous allons voir dans cette partie du cours ces différentes cascades de régulation, sachant qu’une seule protéine peut modifier la fonction de très nombreuses autres protéines, pouvant entraîner des changements généralisés au fonctionnement ou même à la structure de la cellule. Université Page 3 sur 18 Sorbonne Paris Nord  Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire II. LES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES A. PROPRIETES ♦ Les kinases cycline- dépendantes, agissent comme des points d’arrêt. ♦ Si les cyclines ou les kinases dépendantes des cyclines ne donnent pas un signal, qui peut être considéré comme un « feu vert », alors la cellule ne va pas aller dans les étapes suivantes du cycle cellulaire. ♦ Pour s’assurer de l’ordre immuable de la succession des 4 phases du cycle cellulaire (= régulation) et garantir de l’obtention de 2 cellules filles, identiques par des mécanismes de surveillance de l’ADN, la cellule dispose de systèmes de régulation hautement perfectionnés qui vont donc intervenir à plusieurs niveaux. ♦ Dans le premier cas, il existe toute une machinerie moléculaire qui va assurer l’exécution de chaque phase, mais aussi qui va permettre les transitions entre les différentes phases du cycle. ♦ Ces moteurs moléculaires sont des protéines enzymatiques, les kinases cycline- dépendantes, qui sont des CDK, dont la séquence d’activation puis d’inhibition vont rythmer chaque phase du cycle cellulaire. ♦ 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 au moment opportun ni avant ni après. II. LES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (CDK) A. PROPRIETES (suite) ♦ Il existe aussi un système de surveillance de la bonne exécution de chaque phase. ♦ Il existe non seulement des molécules qui vont intervenir dans le passage d’une phase à l’autre, mais il existe aussi des mécanismes de surveillance qui vont s’assurer que tout fonctionne bien notamment au cours d’une phase mais aussi que la transition entre G1 et S et entre S et G2 se fasse bien. ♦ Il existe un ensemble de mécanismes qui vont faire intervenir des molécules, qui vont sonder les événements majeurs du cycle comme un système de contrôle qualité, qui vérifie que tout est bien en ordre et ainsi, peut inhiber les CDK, et donc arrêter le cycle, même si l’étape n’est pas terminée ou si on s’aperçoit par exemple au cours de la phase S, que l’ADN nécessite des réparations, alors le cycle s’arrête, la cellule répare son ADN qui vient d’être répliqué et qui présente des défauts. Une fois que la réparation a eu lieu, le cycle peut reprendre. ♦ Ces systèmes permettent la surveillance d’aspects fondamentaux comme l’état des molécules avant, pendant et après leur réplication : on appelle cela le « DNA damage Checkpoint », qui est un mécanisme de surveillance des dommages de l’ADN, mais aussi un mécanisme qui contrôle en fin de réplication de l’ADN que tout est bien en ordre pour pouvoir passer en phase G2. ♦ Il faut s’assurer que l’ADN qui va être transmis aux 2 cellules filles soit correct sinon cela peut provoquer des dégats c’est-à-dire des morts cellulaires. ♦ De même, il existe un point extrêmement important qui est au moment de la métaphase : c’est le bon alignement des chromosomes sur la plaque métaphysique, ceci permettant avant la séparation des chromatides sœurs, qui est ce qu’on appelle le Mitotic checkpoint, qui vérifie que tous les chromosomes sont bien alignés sur la plaque métaphasique, pour éviter que dans une cellule fille, il y ait un nombre surnuméraire de chromosomes, et que dans l’autre cellule fille il y ait un nombre moindre de chromosomes. Université Page 4 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire II. LES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (CDK) B. MODE D’ACTION DES CYCLINES DEPENDANTES KINASES ♦ Dans les années 1987-1990, le régulateur universel de l’entrée en mitose : le MPF, a été caractérisé. ♦ Le MPF est une kinase cycline-dépendante (CDK) qui est associée à une cycline. Entre 1990 et 2000, d’autres cyclines-CDK ont été décrites chez l’Homme. ♦ Sur cette douzaine de cyclines, 6 d’entre elles interviennent dans le contrôle direct du déroulement du cycle cellulaire. ♦ Les CDK forment des complexes hétérodimériques avec les cyclines, c’est-à-dire qu’il va se former un complexe CDK-cycline constituant ainsi leur sous-unité régulatrice. Université Page 5 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire II. LES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (CDK) B. MODE D’ACTION DES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (suite) ♦ Ces CDK s’associent avec une cycline pour former un complexe. ♦ La première à avoir été mise en évidence est la CDK 1 associée à la cycline B, qui constitue le MPF, celui-ci ayant des rôles extrêmement variés. ♦ Les CDK ne deviennent fonctionnelles que lorsqu’elles sont associées à une cycline. ♦ Les cyclines ne sont pas présentes dans tout le cycle : elles apparaissent puis disparaissent brusquement à des moments précis du cycle, de façon périodique. C’est la disparition de ces cyclines qui fait disparaître leur activité, et donc qui permet les passages ou le contrôle du cycle cellulaire. ♦ Les CDK peuvent être sous forme activée ou désactivée, selon le fait qu’elles soient ou non associées à leurs cyclines. ♦ Il existe des activateurs et des inhibiteurs des CDK, qui interviennent. ♦ Les CDK sont des sérine-thréonine kinases. ♦ Ce sont des enzymes qui catalysent la phosphorylation de protéines cibles, c’est-à-dire qui vont agir sur leur substrat, jouant un rôle dans les évènements du cycle cellulaire, mais aussi dans la fragmentation de l’enveloppe nucléaire, la compaction des chromosomes, la réplication, l’avancement du cycle. Université Page 6 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire II. LES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (CDK) B. MODE D’ACTION DES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (suite) ♦ Leur activité consiste à transférer un groupement phosphate de l’ATP sur une sérine ou une thréonine présente dans les protéines cibles, à condition que ces acides aminés soient dans une séquence d’acides aminés caractéristiques : les sérines et les thréonines sont toujours prises dans un certain environnement, qu’on appelle les séquences consensus, qui sont spécifiquement reconnues par l’enzyme. ♦ Séquence consensus typique : SER-THR-PRO-X-ARG-LYS (sérine-thréonine-proline-acide aminé quelconque- arginine-lysine). ♦ Ces séquences consensus sont les sites de reconnaissance des sérine-thréonine, qui peuvent être phosphorylées, et permettre ainsi l’activation de ce substrat. ♦ Ce complexe cycline-CDK va agir par une phosphorylation des protéines : il existe grand nombre de mécanismes physiologiques cellulaires qui passent par des phénomènes de phosphorylation-déphosphorylation. ♦ Une fois que le substrat est phosphorylé, il va en résulter un changement de conformation de la protéine phosphorylée, ce que va lui conférer de nouvelles propriétés : soit activation, soit inhibition, soit des changements de partenaires avec lesquels ces protéines phosphorylées interagissent. ♦ Les cyclines n’ont pas d’activité enzymatique, ce sont des protéines qui régulent l’activité enzymatique des CDK, de manière à ce qu’elles deviennent actives. ♦ Le cycle cellulaire est contrôlé par au moins 6 complexes cycline-CDK différents, qui interviennent à des moments précis du cycle cellulaire. ♦ Chaque CDK va agir sur des protéines cibles qui sont des substrats bien définis. ♦ Au cours du cycle cellulaire, ces 6 complexes cycline-CDK vont intervenir à des endroits différents. ♦ Ces complexes cycline-CDK vont assurer le bon déroulement du cycle cellulaire, permettant le passage d’une phase à l’autre du cycle. Université Page 7 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire II. LES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES C. COMPLEXES CYCLINES-CDK ♦ Le cas de la cycline D associée à la CDK 4 et de la cycline D associée à la CDK 6, qui vont intervenir en phase G1. Cycline D / ♦ Ces deux associations cycline D – CDK 4 et cycline D – CDK 6, vont phosphoryler la protéine Rb (retinoblastoma protein) et l’inactiver, ce qui a pour effet de libérer des facteurs de transcription EEF qui CDK 4 contrôlent l’expression de gènes indispensables pour la transition entre la phase G1 et la phase S. Cycline D / ♦ Cela permet d’intervenir sur la synthèse d’autres cyclines, c’est-à-dire sur la transcription de gènes codant pour d’autres cyclines CDK 6 notamment la cycline E et la cycline A, qui interviendront ultérieurement. ♦ La cycline E associée à la CDK 2 qui interviennent en G1-S et qui sont responsables du passage de la phase G1 à la phase S, en phosphorylant la protéine du rétinoblastome Rb. Cette intervention Cycline E / CDK 2 de la cycline E – CDK 2 est très importante, car elle induit la duplication du centrosome, comme l’ont montré des expériences réalisées sur le génome. Université Page 8 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire II. LES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (CDK) C. COMPLEXES CYCLINES-CDK (suite) ♦ La cycline A associée à la CDK 2, qui intervient pendant la phase S. ♦ Ce complexe va phosphoryler des substrats qui vont déclencher et permettre d’entretenir la réplication de l’ADN, et l’inactivation d’un certain nombre de facteurs de transcription de la phase G1. Cycline A / CDK 2 ♦ Il va donc y avoir un arrêt de la transcription de facteurs qui intervenaient en phase G1. Ce complexe cycline A – CDK 2 permet de maintenir la réplication de l’ADN. ♦ Ce complexe a aussi été montré comme étant le facteur qui induit la duplication du centrosome (petit rappel : elle a lieu durant la phase S), et qui va permettre ainsi l’arrêt de la dégradation de la cycline B, qui va ainsi pouvoir s’accumuler. ♦ La cycline B associée à la CDK 1, constitue le MPF (Mitosis Promoting Factor) intervenant dans la transition entre la phase G2 et la phase M, qui va permettre par phosphorylation de nombreux Cycline B / CDK 1 substrats, de conduire à la progression de la mitose. II. LES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (CDK) D. MECANISMES DE REGULATION DES KINASES CYCLINES-DEPENDANTES ♦ L’activité des CDK est régulée. Elles sont présentes avant même d’intervenir. ♦ Comment se fait-il alors qu’elles sont présentes, vont-elles intervenir ou non ? Comment leur activité enzymatique est régulée (inhibition, activation) ? ♦ L’intervention des cyclines est importante dans ce dispositif, car les cyclines n’ont pas d’activité enzymatique, c’est au moment où elles se lient aux kinases qu’elles vont s’activer. Université Page 9 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire II. LES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (CDK) D. MECANISMES DE REGULATION DES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (suite) ♦ Le complexe cycline- CDK est donc contrôlé par le cycle de synthèse et de dégradation des cyclines qui leurs sont associés, et ceci tout au long du cycle cellulaire. Premier mécanisme ♦ Il y a donc des mécanismes qui sont susceptibles de faire synthétiser de régulation des les cyclines au bon moment, et ainsi permettre l’activation du CDK complexe et donc de l’activité enzymatique des CDK. ♦ Cela constitue le 1er mécanisme de régulation des CDK. Deuxième ♦ Il existe un certain nombre de protéines déphosphorylantes et de protéines phosphorylantes qui permettent de compléter le contrôle mécanisme de de l’activité de ces CDK. régulation des CDK ♦ Nous verrons que ces phénomènes de phosphorylation peuvent être soit activateurs, soit inhibiteurs de l’activité. ♦ Les CDKi qui sont des protéines susceptibles d’inhiber l’activité des CDK, qui vont donc les réguler de façon uniquement négative. Troisième ♦ Ces CDK peuvent être activées par des phosphatases (comme la mécanisme de phosphatase cdc25) ou par des kinases. régulation des CDK ♦ Donc en plus de leur activation par l’association avec les cyclines, les CDK peuvent être « encore plus » activées par des phosphatases ou par des kinases. ♦ Les cyclines-CDK peuvent être soit activés, soit inhibés. ♦ C’est le cas des protéines inhibitrices CDKi, comme les protéines p16, p21, p27 qui vont agir sur les complexes cyclines-CDK. ♦ Il y a aussi des protéines à activité enzymatiques susceptibles d’inhiber ces complexes : les kinases, notamment la kinase Wee1 qui agit sur la CDK 1 en phosphorylant les sites de tyrosine et de thréonine spécifiquement situés en 15 ème position pour la tyrosine et en 14ème position pour la thréonine. ♦ L’activation des CDK se fait par une modification de sa structure tridimensionnelle. La molécule va alors avoir une activité enzymatique. ♦ Toutes les CDK ont une structure tridimensionnelle similaire caractérisée par l’existence de 2 sites (deux poches) de fixation : un site pour la fixation de la protéine cible, c’est-à-dire les substrats spécifiques des complexes cycline-CDK sur lesquels il va y avoir une action, et un autre site pour la fixation de l’ATP. ♦ D’autre part, les acides aminés tels que thréonine ou tyrosine, qui peuvent être modifiés, vont jouer un rôle particulier. ♦ Pour pouvoir avoir une certaine action, les CDK doivent avoir une certaine conformation : les deux poches de fixation doivent être accessibles. Université Page 10 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire II. LES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (CDK) D.MECANISMES DE REGULATION DES KINASES CYCLINE-DEPENDANTES (suite) ♦ Les activateurs ou les inhibiteurs vont induire des changements de conformation des sites pour le substrat et pour l’ATP. ♦ C’est ce changement de conformation qui va permettre des modifications : soit d’activation, soit d’inhibition. ♦ Lorsque la CDKi, comme par exemple la protéine p21, va se lier à la cycline, elle va se mettre de telle sorte qu’elle va bloquer le site de fixation de l’ATP. ♦ Tandis que la protéine p16 va se lier à la CDK et empêche la fixation de l’ATP. ♦ Les CDKi interviennent en se fixant sur la CDK de façon différente et ainsi aboutissant soit à l’activation, soit à l’inhibition. On peut globalement retenir 3 mécanismes qui sont extrêmement importants et qui interviennent dans la régulation de l’activité des CDK : 1. Les cyclines vont se lier aux kinases du cycle pour les rendre potentiellement actives. 2. L’activité de ces complexes cyclines-CDK peut être inhibée par phosphorylation d’acides aminés : la phosphorylation de la thréonine, tyrosine. 3. L’activité de ces complexes peut être inhibée par des protéines inhibitrices comme les CDKi, III. MECANISMES DE SURVEILLANCE DU CYCLE CELLULAIRE ♦ Il existe des mécanismes de surveillance qui contrôlent les 3 points majeurs du cycle cellulaire. ♦ Les trois points majeurs du cycle cellulaire : les transitions entre la phase G1 et la phase S, entre la phase G2 et la phase M ; et enfin entre la métaphase et l’anaphase. ♦ En plus des CDK, il existe toute une série de systèmes et de molécules qui permettent le passage d’une phase à l’autre, permettant ainsi l’enchainement les unes après les autres des différentes phases du cycle. ♦ Ceci nécessite des mécanismes de surveillance qui sont capables de potentiellement détecter des problèmes. ♦ En cas de problèmes, ils assurent l’arrêt du cycle cellulaire, afin que ces anomalies ne se propagent pas tout au long de la vie de la cellule. ♦ Ces mécanismes interviennent lorsqu’il y a des lésions de l’ADN, des anomalies de la réplication, et contrôlent l’alignement des chromosomes sur la plaque métaphasique, la perte de chromosomes et de morceaux d’ADN, etc. ♦ Il y a ainsi un contrôle de la qualité du cycle cellulaire, et en cas de problème, il y a réparation. ♦ Si les réparations ne sont pas possibles, cela va conduire à des phénomènes de mort cellulaire de sorte que la cellule ne transmette pas ses anomalies. ♦ Sans ces contrôles s’il n’y avait que les CDK, les anomalies se propageraient, ce qui conduirait à des pertes de chromosomes, d’ADN etc.… d’où la présence des mécanismes de surveillance. Université Page 11 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire III. MECANISMES DE SURVEILLANCE DU CYCLE CELLULAIRE TROIS MECANISMES DE SURVEILLANCE IMPORTANTS Trois mécanismes de surveillance importants : La transition G1-S qu’on appelle le DDCP La transition G2-M qu’on appelle le RCP La transition Métaphase-Anaphase qu’on appelle le MCP DDCP : DNA Damage Checkpoint / RCP : Replication Checkpoint / MCP : Mitotic Checkpoint Tous ces mécanismes qui vont être mis en jeu, sont des mécanismes extrêmement élaborés, qui vont tous dans le même sens : le principe est de veiller à ce que les cellules filles héritent exactement du même génome à la fin du cycle cellulaire. Ces mécanismes ont pour mission principale de s’assurer que les cellules filles sont identiques d’un point de vue génétique à la cellule mère. Cela permet ainsi de maintenir l’intégrité de l’ADN. ♦ La surveillance de l’intégrité de l’ADN qu’on appelle le DDCP n’est pas réalisée lors d’un endroit unique du cycle, mais va s’effectuer tout au long de l’interphase. En effet, pendant toute la phase G1, la phase S, la phase Point de G2, ce système de surveillance vérifie que l’ADN n’est pas endommagé. surveillance de ♦ S'il y a des lésions de l’ADN, alors le cycle cellulaire s’arrête pour type DDCP : permettre à l’ADN d’être réparé. ♦ Si la lésion est en S, alors il n’y aura pas de transition G1-S ; si la lésion est en G2, alors il n’y aura pas de transition G2-M, la cellule ne rentrera alors pas en mitose. ♦ Il s’agit d’un mécanisme de surveillance qui surveille l’accomplissement de Point de la réplication de l’ADN. surveillance de ♦ C’est un mécanisme qui intervient tout au long de la phase S et tout au long de la phase G2. type RCP : ♦ Tant que la réplication n’est pas correctement terminée ou qu’il y a encore des défauts de réplication, il n’y aura pas de passage en mitose. ♦ Il s’agit de la surveillance de l’attachement correct des chromosomes sur la plaque métaphasique au moment de la métaphase. Point de ♦ Cela s’exerce précisément à 1 seul endroit dans le cycle cellulaire, au cours de la métaphase jusqu'à ce que le dernier chromosome ait atteint la plaque surveillance de métaphasique. type MCP : ♦ Il y a à ce moment, un point de contrôle qui vérifie que les chromosomes sont bien attachés sur la plaque métaphasique, que les chromatides sont bien répartis de part et d’autre de la plaque métaphasique, de sorte que la transition métaphase-anaphase puisse avoir lieu, permettant un équilibre dans la répartition des chromosomes dans chacune des 2 cellules filles. Université Page 12 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire III. MECANISMES DE SURVEILLANCE DU CYCLE CELLULAIRE TROIS MECANISMES DE SURVEILLANCE IMPORTANTS (suite) ♦ Ces mécanismes de surveillance font intervenir des molécules différentes des cyclines-CDK. ♦ Parmi ces molécules, on retrouve les kinases, capables de se lier à l’ADN. ♦ Il a été mis en évidence un certain nombre de pathologies avec des patients chez lesquels cette kinase qui se lie à l’ADN est mutée, ce qui fait que les systèmes de surveillance de contrôle du site sont défaillants. ♦ Si l’ADN est endommagé, il y a blocage de transition entre la phase G1 et la phase S, par un système qui est le DDCP. ♦ Ces mécanismes aboutissent à un certain nombre de phénomènes de dégradation, ce qui permet aux mécanismes de réparation d’intervenir. Point de ♦ Par exemple, l’intervention de la protéine p53 qui induit la transcription surveillance de d’enzymes qui induisent la réparation de l’ADN. type DDCP : ♦ Dans un certain nombre de cancers, la protéine p53 est mutée, elle ne permet donc plus la transcription d’enzymes de réparation de l’ADN, et donc l’ADN reste lésé. ♦ Ce sont des mécanismes qui assurent le passage en mitose. ♦ S’il y a blocage de la transition entre la phase G2 et la phase M : il y a contrôle avant le passage en phase M. ♦ Il n’y a pas de passage en mitose tant que les lésions de l’ADN ne sont pas Point de réparées, et tant que la taille de la cellule n’a pas été contrôlée. surveillance de ♦ Plusieurs types de réponses peuvent intervenir, notamment la type RCP : phosphorylation de la protéine cdc25, qui entraine sa séquestration dans le cytoplasme et qui va l’éloigner de son substrat qui est la CDK 1. ♦ Dans ce cas-là, il va y avoir un complexe cycline B – CDK 1 qui va garder ses phosphorylations inhibitrices et qui reste donc bloqué. ♦ Si l’ADN est lésé encore ou si la réplication n’est pas achevée, l’activation de plusieurs voies inhibitrices vont permettre d’empêcher l’entrée en mitose. ♦ C’est un mécanisme fréquemment observé dans les cellules qui permet de vérifier que tous les chromosomes sont bien alignés sur la plaque métaphasique avant le déclenchement de l’anaphase. ♦ Normalement à l’anaphase, les chromatides sœurs se séparent par l’intervention de la séparase, qui est une protéine capable de détruire les Point de protéines de liaison des deux chromatides sœurs appelées cohésines. surveillance de ♦ Tant que tous les chromosomes métaphasiques ne sont pas correctement type MCP : attachés au fuseau par leurs kinétochores, le système est bloqué. Il suffit qu’un seul chromosome ne soit pas attaché pour bloquer le système. Il y a alors la séparase qui inhibée par la sécurine. ♦ C’est lors de la destruction de la sécurine qu’il va y avoir une levée d’inhibition de la séparase pouvant conduire à la dégradation des molécules de cohésines. ♦ Cette destruction de la sécurine est sous la dépendance de la molécule APC (Anaphase Promoting Complex). Université Page 13 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire III. MECANISMES DE SURVEILLANCE DU CYCLE CELLULAIRE TROIS MECANISMES DE SURVEILLANCE IMPORTANTS (suite) ♦ L’APC est une protéine ubiquitine ligase, qui est active lorsqu’elle est associée à une protéine Ccdc20, mais qui reste inhibée par la protéine Mad2. ♦ Il y a donc un système de maintien de l’inhibition par une protéine Mad2. ♦ Tant que les chromosomes ne sont pas tous correctement attachés, la protéine Mad2 empêche la désinhibition de la protéine séparase. ♦ Tant que le kinétochore n’est pas correctement attaché au fuseau, un signal inhibiteur est envoyé --> blocage de l’activation de l’APC/Ccdc20. Ce signal passe par la protéine Mad2. ♦ Tant qu’il n’y a encore qu’un seul kinétochore mal attaché, ceci 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, elle ne peut plus inhiber le complexe qui devient donc actif, ce qui permet la destruction de la sécurine, et donc la séparation des chromatides par la dégradation de la cohésine. ♦ Ce point de contrôle est un point fondamental, puisque tant qu’il reste des chromosomes non attachés au fuseau, tout ceci empêche la séparation des chromatides sœurs et donc l’anaphase ne peut pas débuter. Point de ♦ C’est donc un moment un peu brutal dans la cellule. Une fois que tous les chromosomes sont sur la plaque métaphasique, il y a donc surveillance de ce mécanisme qui va activer la séparase, qui va dégrader les type MCP cohésines, et à ce moment-là, les chromatides vont pouvoir (suite) : rejoindre chacun des 2 pôles de la cellule. Université Page 14 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire IV. LA MITOSE ♦ La mitose est la transition entre la phase G2 et la phase M. ♦ Elle est sous le contrôle du complexe cycline B – CDK 1, c’est-à-dire le MPF. ♦ On observe que la cycline B est synthétisée pendant une longue période du cycle. ♦ C’est lorsqu’il y a suffisamment de cyclines B, qu’elles s’associent aux CDK 1. Les complexes se forment progressivement. ♦ La cycline B s’accumule pendant toute la phase S et G2, ce qui conduit à une augmentation de façon graduelle du complexe, au fur et à mesure que la cellule va s’approcher de la mitose. ♦ La CDK 1 va alors être phosphorylée sur la thréonine 161 par un assemblage cycline H/CDK 7. ♦ Tout ceci restant inactif parce que on a toujours nos deux acides aminés : la tyrosine 15 et la thréonine 14, qui sont toujours phosphorylés (par la protéine Wee1). ♦ Quand la cellule va atteindre la fin de la phase G2, donc toujours un moment avant l’entrée en mitose, la cellule contient un abondant stock de cycline B – CDK 1, qu’on appelle un stock de pré-MPF inactif mais qui est prêt à agir dès qu’il va y avoir la déphosphorylation de ces groupes. ♦ Ce qui va permettre l’activation du MPF, qui va donc pouvoir agir sur l’entrée en mitose. ♦ Ce pré-MPF est en fait un assemblage de cycline B – CDK 1, avec la CDK1 qui est phosphorylée sur sa thréonine 14 et sur sa tyrosine 15. ♦ C’est un système particulier, car la cycline B est synthétisée de façon permanente, mais à un certain moment, elle va être dégradée. C’est notamment ce qui va permettre la sortie de la mitose. Université Page 15 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire IV. LA MITOSE (suite) ♦ Le MPF qui est le facteur permettant l’entrée en mitose est aussi le facteur qui va permettre la sortie en mitose, car à un moment donné de la mitose, la cycline B va être dégradée. ♦ En étant dégradée, elle va inactiver la CDK et à ce moment-là, comme c’était le MPF qui permettait le maintien de la poursuite de la mitose, la dégradation de la cycline B va provoquer la sortie de mitose et le passage de la cellule de la phase M à la phase G1 des 2 cellules filles. Parmi les mécanismes qui font entrer la cellule en mitose, il y a l’effet du MPF, qui va agir sur de très nombreuses protéines qui sont : ▪ Les condensines Protéines cibles ▪ Les histones (condensation de l’ADN) ▪ Les lamines (désorganisation de l’enveloppe nucléaire) du MPF ▪ Les MAP (réorganisation du cytosquelette) ▪ Les APC (dégradation de la sécurine) V. LA PROTEINE P53 « GARDIEN DU GENOME » ♦ La protéine p53 est surnommée le « gardien du génome », car c’est une protéine de surveillance de l’intégrité de l’ADN. ♦ Elle est exprimée tout au long du cycle cellulaire, mais avec un taux d’expression qui reste relativement faible, du fait de sa dégradation rapide. ♦ Dans la quantité de protéines que l’on peut trouver dans une cellule, il y a plusieurs paramètres tels que la vitesse de synthèse, sa durée de vie, et sa vitesse de dégradation. ♦ C’est une protéine nucléaire qui a un certain nombre de fonctions et qui agit notamment comme facteurs de transcription, c’est aussi une endonucléase, qui participe à la réparation de l’ADN. ♦ Si l’ADN est lésé ou s’il y a des problèmes de réplication qui ne sont pas terminés, il va y avoir un certain nombre d’activation de plusieurs voies inhibitrices du complexe cycline B/CDK1, donc du MPF, qui permettent d’empêcher l’entrée en mitose. Université Page 16 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire VI. LA PHASE G0 ♦ Parmi les différentes phases du cycle cellulaire, il y a une phase supplémentaire appelée phase G0, qui est une phase de quiescence dans laquelle peuvent entrer les cellules. ♦ A la fin de la mitose, lorsque les cellules quittent la mitose, elles peuvent entrer en phase G0, qui est une phase d’attente ou de non-division. ♦ Cette phase G0 peut durer plusieurs semaines. ♦ C’est une phase pendant laquelle les cellules ne se divisent plus. ♦ Par exemple, les neurones différenciés sont des cellules qui ne se divisent plus et donc sont en phase G0. ♦ C’est le cas chez un organisme adulte pour un très grand nombre de cellules, il n’y a guère que des cellules spécialisées comme les cellules souches hématopoïétiques, ou les cellules souches de l’épithélium intestinal qui elles, gardent une capacité de prolifération active, sinon les autres cellules sont dans des phases de prolifération très réduites, voire même en G0. ♦ Les cellules qui sont en phase G0 sont au repos, c’est-à-dire qu’il n’y a pas de réplication, pas de mitose. ♦ Leur cytoplasme ne contient pas de cycline, car il existe un facteur qui est un facteur de transcription E2F qui est maintenu inactif car il est lié à la protéine Rb et donc ça maintient un système qui fait que la cellule ne va pas poursuivre en G1. ♦ La cellule reste ainsi en G0, en dehors du cycle cellulaire. ♦ Si ces cellules en G0 sont stimulées notamment par des facteurs mitogéniques qui viennent de l’extérieur, elles peuvent retourner dans le cycle cellulaire à l’endroit où elles l’avaient quitté. ♦ Ces facteurs mitogéniques venant de l’extérieur, sont reconnus par des récepteurs sur les cellules, ce qui va induire une transmission d’informations à l’intérieur de la cellule, qui va provoquer le retour de la cellule en G1. La cellule synthétise alors tous les facteurs nécessaires, ce qui permet de nouveau la phase S, G2 etc... pour permettre la reprise du cycle cellulaire. Université Page 17 sur 18 Sorbonne Paris Nord Biologie Tutorat 06 – Régulation du cycle Santé Bobigny cellulaire VII. GENES « SUPRESSEURS DE TUMEURS » ♦ Par des analyses moléculaires de tumeurs humaines, il a été montré que les protéines régulatrices du cycle cellulaire sont fréquemment mutées. ♦ On peut observer que des surexpressions de protéines qui normalement sont des protéines stimulatrices de la prolifération, telles que les cyclines, par exemple la cycline D dans le cas du cancer du sein, conduisent à l’apparition de tumeurs. Il peut s’agir aussi de perte d’expression, d’inactivation de protéines, qui normalement sont des freins du cycle cellulaire (mutations des CDKi, de Rb). ♦ Parmi tous ces gènes mutés dans les cancers, se trouvent notamment des gènes « suppresseurs de tumeurs », dont le rôle normal dans une cellule saine, est de freiner la prolifération des cellules lorsqu’elles sont mutées. ♦ L’inhibition ou l’absence de ces protéines conduit à la prolifération incontrôlable observée dans certaines tumeurs ♦ C’est le cas de la protéine du rétinoblastome Rb, de p53, de certaines protéines virales comme les protéines de type papillomavirus ou sv40. ♦ La protéine p53 freine la prolifération en stimulant la synthèse d’un inhibiteur qui est la protéine p21. ♦ Si p53 est non fonctionnelle, c’est-à-dire mutée, la protéine p21 est absente et le cycle cellulaire n’est pas arrêté par inhibition du complexe cycline-CDK et donc la prolifération s’effectue sans frein. ♦ Le nombre de cellules augmente donc, car sans p53, les cellules présentant des anomalies qui ne peuvent pas être réparées ne sont pas dirigées vers un système de mort cellulaire par apoptose. La protéine p53 Université Page 18 sur 18 Sorbonne Paris Nord  UE SHS – SOCLE COMMUN Éthique 01 – SENS ET ÉTHIQUE DU SOIN Points clés  Différence entre maladies aiguës/maladies chroniques et Disease/Illness  Connaitre les étapes successives du deuil, la médecine des 5 P  Connaitre les facteurs de risques modifiables ou non, les modèles de la relation thérapeutique  Comprendre la notion de personne unique et complexe.  Le prof n’a pas soulevé de points clés, tout le cours est à connaitre.  Éthique Tutorat 01 – Sens et Éthique du soin Santé Bobigny PLAN DU COURS I. INTRODUCTION II. LA SANTÉ III. SENS : SIGNIFICATION ET DIRECTION A. LA MALADIE : UNE PREMIERE DISTINCTION B. LE DEUILE DE LA SANTÉ PERDU C. LA MALADIE CHRONIQUE, COMME UN TOURNANT D.LA MALADIE : 2 POINTS DE VUE E. SIGNIFICATION ET ÉTHIQUE DU SOIN F. SOIGNER ET SE SOIGNER G. DÉFINITION PHILOSOPHIQUE DE PATIENTS, AGENTS, ACTION H. NOTION DE PERSONNE HUMAINE IV. ÉTHIQUE : COMMENT CONSTRUIRE UNE VIE BONNE, ENSEMBLE ? A. LA RELATION THÉRAPEUTIQUE B. LA DÉSICION MÉDICALE PARTAGÉE CONCLUSION Université Sorbonne Paris Nord 2 sur 16  Éthique Tutorat 01 – Sens et Éthique du soin Santé Bobigny I.INTRODUCTION  Sens : signification et direction  Éthique : comment construire une vie bonne, ensemble. Idée de direction, le sens du temps.  La santé c’est quelque chose qui est très important pour nous et dans l’esprit des gens (par exemple lorsqu’on se souhaite avant tout la santé lors du 31 décembre vers minuit) o Par exemple, quand quelqu’un devient malade, la flèche du temps est brisée et tout le but du soin c’est de reconstruire cette flèche pour essayer de repartir de la meilleure façon possible.  La vie : Faire naitre (les Sage-femmes par exemple), éviter de mourir (pour les personnes qui sont très malades)  Restaurer un état de santé : répondre au cri de celui qui souffre Objectifs  Maintenir la santé, en faire la promotion  Traitement et prévention : c'est-à-dire qu’on essaie d’éviter que les gens aient des complications des maladies. On veut même essayer d’éviter qu’ils deviennent malades, il s’agit de la prévention primaire.  Prédiction du risque de maladie : on peut aujourd’hui prédire si il y a un risque de maladie et donc prendre en charge de façon particulière ces patients la. II. LA SANTÉ  Selon René Leriche (1936), chirurgien, la santé est « la vie dans le silence des organes ». o « J’apprends que j’ai un estomac que lorsque j’ai mal à Définition l’estomac et quand je me mets à crier ». négative “Si mes organes sont silencieux, c’est que je ne sais même pas que j’ai un estomac, et bien je suis en bonne santé”  Selon JF Mattéi, « la santé est ainsi la vie bonne, dans la plénitude de la lumière » o Étymologie de « hygie » déesse de la santé chez les grecs Définition o Radical eu : bon positive o Radical gʷiy-es- : de ugieia se retrouve aussi dans Zeus, le « vivant » et le « lumineux » o Son génitif Dios donnera en latin Deus, le « dieu », mais aussi dies, le « jour ». Université Sorbonne Paris Nord 3 sur 16  Éthique Tutorat 01 – Sens et Éthique du soin Santé Bobigny III. SENS : SIGNIFICATION ET DIRECTION A) LA MALADIE : UNE PREMIERE DISTINCTION 1. La personne tombe malade (« j’ai attrapé la grippe »). 2. Elle voit (éventuellement) un médecin. 3. Elle guérit (de cette maladie). Maladies 4. Possibilités de séquelles. aigues ♦ Peu nombreuses : certaines pathologies infectieuses (ex : angine, pneumonie, infection urinaire) et les traumatismes (ex : je me suis cassé la jambe) ♦ Intervention d’un facteur externe, exogène, contre lequel l’organisme se défend : mécanismes de cicatrisation, de consolidation et d’immunité. 1. La personne devient malade. - La vie avant la maladie 2. Le médecin la soigne mais ne peut pas - L’entrée dans la maladie la guérir. - L’annonce de la maladie 3. La personne devra se soigner à vie : - Vivre avec la maladie o Le médecin (lui ou un autre) devra - L’acceptation, et parfois Maladies la soigner à vie. le refus, le déni chroniques ♦ Définition de l’OMS : « Un problème de santé qui nécessite une prise en charge sur une période de plusieurs années ou plusieurs décennies. » ♦ Grand nombre de maladies chroniques, elles recouvrent toute la médecine. La plupart des maladies, comme avoir une cirrhose qui est une maladie chronique, cela dure longtemps et on peut en mourir. (Ex : hypertension artérielle, colite, tuberculose, …). ♦ Certaines maladies chroniques peuvent avoir des poussées aigues Autre cas de o Les crises d’asthme qui sont sur un fond de maladie chronique figure o L’insuffisance cardiaque peut aussi avoir des poussées aigu (en mangeant trop de sel ou de fromage par exemple)  Fin des années 70 : apparition d’une maladie : le Sida, une maladie d’abord aigue, rapidement mortelle avec de nombreux symptômes tels Un cas que des infections et amaigrissement. exemplaire : le  Découverte du virus et mise au point de traitements efficaces (fin des VIH années 90) : on ne meurt plus du SIDA  La maladie infectieuse aigue devient une maladie chronique : VIH (virus de l’immunodéficience humaine)  Maladie d’abord aiguë, rapidement mortelle Un cas actuel :  Découverte du virus rapidement par les savants La covid-19  Confinement, 1° période : les malades chroniques disparaissent !  Ceux survivant d’une forme grave auront-ils des séquelles chroniques Université Sorbonne Paris Nord 4 sur 16  Éthique Tutorat 01 – Sens et Éthique du soin Santé Bobigny III. SENS : SIGNIFICATION ET DIRECTION B) LE DEUIL DE LA SANTÉ PERDUE Décrit par Elisabeth Kübler-Ross, psychologue : 1. Choc initial, incrédulité 2. Colère, révolte 3. Déni, déprime Étapes 4. Marchandage (ça je veux bien le faire mais ça je ne veux pas le faire) successives 5. Acceptation : on accepte non pas la maladie car difficile d’accepter l'inacceptable, mais on accepte l’idée que l’on va devoir vivre avec une maladie chronique ♦ On va vivre avec la maladie chronique mais on peut très bien vivre. o William Talbert, tennisman, vainqueur de la coupe Davis et puis Roland- Garros né en 1918, diabétique à l’âge de 10 ans. Il est mort très âgé en 1999. o Il se donnait en exemple lui-même pour dire voilà j’ai un diabète je me traite par l’insuline mais, je ne suis pas malade je suis en très bonne santé même peut-être en meilleure santé que vous. o Il avait rencontré un jeune médecin qui était professeur Henri Lestradet Exemple : vers 1950 (fondateur de la diabétologie pédiatrique) et avait été très William impressionné par cet homme qui a conçu une vision très optimiste de la Talbert médecine. o Ce médecin avait créé une association qui est « l’aide aux jeunes diabétiques » qui comprend des milliers d’enfants diabétiques en leur donnant une petite carte où il y’a écrit « je suis diabétique traité par l’insuline ». Un jour Henry Lestradet a demandé à changer la carte, car elle était fausse. == Il faut dire « J’ai un diabète traité par l’insuline ». Ce n’est pas parce que j’ai un diabète traité par l’insuline que je ne suis pas quelqu’un en très bonne santé qui peut mener non pas une vie normale (il ne faut pas exagérer) mais une bonne vie. Ce qui donne l’idée de qu’est-ce que le normal et qu’est-ce que le pathologique... Université Sorbonne Paris Nord 5 sur 16  Éthique Tutorat 01 – Sens et Éthique du soin Santé Bobigny III. SENS : SIGNIFICATION ET DIRECTION C) LA MALADIE CHRONIQUE, COMME UN TOURNANT  George Canguilhem, Le normal et le pathologique, 1991. « Aucune guérison n’est retour à l’innocence biologique » (on ne revient pas à La perte du ce qu’il y avait avant) bonheur originel « Quand la maladie devient chronique, il y a un autrefois dont le patient ou l’entourage garde la nostalgie »  Extrait d’un poème de C. Baudelaire, Réversibilité. ?