Chapitre IX - Mitose-Méiose-Apoptose PDF

Chapitre IX Vie et mort des cellules Division cellulaire (mitose et méiose) et mort cellulaire (apoptose, …)  Organismes Division unicellulaires permanente en fonction du milieu Organismes Division régulée pluricellulaires en remplacement...

Chapitre IX Vie et mort des cellules Division cellulaire (mitose et méiose) et mort cellulaire (apoptose, …)  Organismes Division unicellulaires permanente en fonction du milieu Organismes Division régulée pluricellulaires en remplacement mais nécessaire  Les individus exposés à des doses massives de radiations ionisantes meurent en quelques jours par blocage de la division cellulaire (au niveau de la moelle par ex.) Alexander Litvinenko Polonium210  Cycle chromosomique Division cellulaire Cycle cytoplasmique La mitose  Le cycle cellulaire Synthèse ADN Biosynthèse (constituants) G0 Transition vers la phase M  Le cycle cellulaire Interphase=G0+G1+S+G2 90% du cycle cellulaire  Point de restriction = endroit d’arrêt du cycle cellulaire en l’absence de conditions favorables  Régulation de la division de la cellule eucaryote La séquence des événements est vitale nombreux systèmes de régulation Signal de division Signal de suicide Séquence des événements Exemple d’un système de régulation Phosphorylation de protéines effectrices (activation) Il existe des points de contrôle de la réplication cellulaire P53  Rôle de P53 dans le contrôle du cycle cellulaire Permet à l’ADN endommagé d’être réparé P53 est fréquemment muté dans les cancers (perte de la régulation) Ataxie-télangiectasie Comment une lésion de l’ADN arrête le cycle cellulaire en phase G1  Contrôle social de la prolifération cellulaire ¹ Types cellulaires des pluricellulaires : croissance rapide (intestin, peau, cellules sanguines, …) Croissance lente (cartilages, os, tissus conjonctifs, …) Croissance faible ou nulle (neurones, …)  Hormones (à distance) Contrôle social des cellules Facteurs de croissance (à proximité) Facteurs de croissance  Gènes du contrôle du cycle cellulaire = proto-oncogènes Mutagènes (Rx, UV, g,…) proto-oncogènes oncogènes Développement Stimulation d’une tumeur permanente de la cancéreuse division cellulaire  Prolifération anarchique des cellules cancéreuses  Division cellulaire des cellules somatiques « mitose » Mitose = division nucléaire Prophase Prémétaphase Métaphase Anaphase Télophase Cytodiérèse = division du cytoplasme G2  10 µm G2 de l’ Interphase Prophase Prométaphase 10 µm Métaphase Anaphase Télophase et Cytocinèse  Prophase Individualisation et condensation des chromosomes Disparition du nucléole Mise en place du fuseau mitotique organisé par les centrosomes animaux: paire de centrioles végétaux: pas de centrioles Prophase Prophase Construction du fuseau mitotique  Fuseau mitotique Cellules embryonnaires de mouches  Prémétaphase Rupture et dispersion de l’enveloppe nucléaire Différenciation des kinétochores Pénétration du fuseau mitotique dans l’aire nucléaire formation des microtubules kinétochoriens prémétaphase formation des microtubules kinétochoriens  Métaphase Rassemblement des chromosomes et formation de la plaque équatoriale Métaphase  Organisation du fuseau en métaphase  Anaphase séparation des centromères attraction de chacune des chromatides vers un pôle du fuseau Anaphase Anaphase: mécanismes  Télophase disparition des microtubules kinétochoriens formation d’une enveloppe nucléaire décondensation de la chromatine formation des nucléoles Télophase Condensation des microtubules interzonaux Corps intermédiaire  Cytodiérèse Cellules animales Anneau contractile Sillon de division Cellules végétales  La méiose … mode de division des cellules reproductrices NB: La sexualité n’est pas un préalable indispensable à la reproduction Hydre De nombreux exemples de reproduction asexuée existent dans le règne animal Hydres (bourgeonnement) Organismes Vers marins (scissiparité) semblables à l’organisme Anémones de mer (scissiparité) parental Certains lézards (tous femelles) Avantages de la reproduction asexuée: Simplicité Autonomie …  Reproduction sexuée mélange des génomes de deux individus les descendants sont génétiquement distincts de leurs parents répandu chez la majorité des organismes végétaux et animaux adaptation meilleure à l’environnement alternance de production de cellules haploïdes (1 jeu de chromosomes) et diploïdes (2 jeux de chromosomes) cycles où l’importance des deux phases est variable (phase haploïde généralement simple et courte chez les animaux multicellulaires) Avantage majeur de la reproduction sexuée : Recombinaison des génomes et meilleure capacité d’adaptation au milieu La méiose Diploïde 2n chromosomes 4C ADN Division 1 ou réductionnelle Haploïde 1n chromosomes 2C ADN Division 2 ou équationnelle Haploïde 1n chromosomes 1C ADN L’importance des formes haploïdes et diploïdes varie mais la méiose intervient toujours  Cycle de développement humain n = 23 2n = 46 La méiose compense le phénomène de doublement des chromosomes à chaque fécondation La méiose en pratique… Teneur des cellules en ADN au cours de la méiose  Première division méiotique Chaque cellule contient 2 exemplaires de chaque chromosome (1 du père et 1 de la mère) Ce sont des chromosomes homologues Les cellules diploïdes ont 2C d’ADN et les cellules prêtes à la mitose ou la méiose 4C d’ADN 2n 4C 1n 2C  Prophase de 1ère division De loin la + compliquée Doit permettre aux paires de chromosomes homologues de se répartir en 2 groupes Alignement des 2 chromosomes homologues = synapsis tétrade ou bivalent Crossing-over= échange de portions de chromatides Cinq stades: Leptotène, zygotène, pachytène, diplotène, diacinèse  Leptotène Individualisation des chromosomes Chaque chromosome apparaît comme un filament unique Accrochage à la lamina nucléaire par les télomères  Zygotène Appariement entre chromosomes (synapsis) Formation du complexe synaptonémal (chromosomes + protéines) Union étroite des chromosomes homologues (bivalent ou tétrade) Complexe synaptonémal Réunion des chromatides sœurs maternelles et paternelles par des structures protéiques complexes. L’appariement débute au niveau des télomères. Insertion du complexe sur l’enveloppe nucléaire au niveau de la plaque d’attachement.  Pachytène Apparition de nodules de recombinaison sur les complexes synaptonémaux Ces complexes effectuent des enjambements entre deux chromatides non sœurs. Brassage de matériel génétique par crossing over  Diplotène Dissociation du complexe synaptonémal Les chromosomes des bivalents se séparent mais restent attachés par des chiasmas 1 chiasma = 1 nodule de recombinaison Échange de segments de molécule d’ADN entre chromatides non soeur Recombinaison génétique intra-chromosomique pachytène diplotène Diplotène Enjambements de chromatides non soeurs Crossing-over Crossing-over Le stade diplotène de 1ère division méiotique est le stade où restent « bloqués » les ovocytes. La chromatine peut se décondenser pour permettre l’expression de l’ARN Chromosomes en écouvillon  Diacinèse Les chromosomes se détachent de l’enveloppe nucléaire Les chromatides sœurs sont réunies par les centromères Les chromatides non sœurs sont unies par les chiasmas  Prophase de 1ère division méiotique  Prophase de 1ère division méiotique: chronologie des processus d’appariement-séparation des chromosomes  Métaphase de 1ère division méiotique Formation d’une plaque équatoriale Les centromères ne se clivent pas: disposition de part et d’autre du plan équatorial Les chromosomes d’origine maternelle et paternelle sont séparés de façon aléatoire  Anaphase de 1ère division méiotique Dénouement des chiasma Séparation des chromosomes homologues  Télophase de 1ère division méiotique Disparition du fuseau cellulaire Reconstitution des noyaux Division du cytoplasme Division réductionnelle du nombre de chromosomes n chromosomes et 2C ADN Diploïde 2n chromosomes 4C ADN Division 1 ou réductionnelle Haploïde 1n chromosomes 2C ADN Division 2 ou équationnelle Haploïde 1n chromosomes 1C ADN  Deuxième division méiotique Interphase : brève, sans synthèse d’ADN (intercinèse) Prophase 2ème division méiotique: réapparition des chromosomes (2 chromatides unies par un centrosome) Métaphase 2ème division méiotique: plaque équatoriale avec chromatides disposées de part et d’autre Anaphase 2ème division: les chromatides sœurs se séparent et se dirigent vers les pôles opposés du fuseau Télophase de 2ème division méiotique: disparition du fuseau et reconstitution d’une enveloppe nucléaire Diploïde 2n chromosomes 4C ADN Division 1 ou réductionnelle Haploïde 1n chromosomes 2C ADN Division 2 ou équationnelle Haploïde 1n chromosomes 1C ADN Comparaison mitose- méiose La méiose est une division au cours de laquelle les cellules filles reçoivent la moitié des élément héréditaires Diversification génétique au cours de la méiose: orientation indépendante des bivalents à la métaphase 1 (2n combinaisons) Crossing-over  La reproduction sexuée a des avantages: Recombinaison génétique et environnement aux variations imprévisibles Dissémination des mutations bénéfiques dans une large population L’apoptose  L’apoptose est un programme de mort cellulaire par suicide. On l’appelle mort cellulaire programmée Il s’agit d’un événement physiologique Déclenchée par l’activation d’un programme génétique qui induit la dégradation de l’ADN. ≠ nécrose qui résulte d’une pathologie Apoptose ≠ Nécrose Apoptose: événements cellulaires fragmentation de l’ADN désagrégation du noyau condensation du cytoplasme fragmentation de la cellule en corps apoptotiques phagocytose par des macrophages Pas de relarguage des composants intracellulaires dans l’organisme Cellule apoptotique phagocytée par un macrophage  Apoptose induite dans des cellules en culture coloration du cytochrome C coloration de la phosphatidylserine incubation avec un colorant qui devient bleu lorsqu’il se fixe à l’ADN  Rôles de l’apoptose rôle essentiel dans le développement ex: doigts, cellules du cerveau éliminer les structures inutiles (queue du têtard) éliminer les cellules qui peuvent nuire à l’organisme (cellules tumorales, endommagées, lymphocytes producteurs d’auto-anticorps) réguler le nombre de cellules dans un tissu mécanisme de défense: élimine les cellules infectées par un virus, cellules mutées, …  Formation des doigts Métamorphose du têtard  Régulation de l’apoptose Au cours du cycle cellulaire, la cellule « choisit » entre mitose et apoptose. Ce choix est réglé par: La présence de nutriments (unicellulaires) Des signaux chimiques provenant d’autres cellules (pluricellulaires) ex: baiser de la mort La machinerie cellulaire de l’apoptose comporte des enzymes (caspases), activées en réponse à ces signaux et induisent une cascade de protéolyse dégradant des protéines clés NB: Il existe d’autres modes de mort cellulaire programmée (ferroptose, …)  Les caspases sont activées par clivage protéolytique Le système caspase est une cascade protéolytique impliquant diverses enzymes jouant des rôles différents Lymphocytes T cytotoxiques ou lymphocytes T killer (baiser de la mort) Co-culture avec des fibroblastes  Développement, différenciation et mort cellulaire programmée  Experience de Gurdon Chaque cellule contient un programme génétique complet Il existe donc des systèmes de régulation permettant de « fermer » ou « d’ouvrir » certains gènes Chez l’adulte, la prolifération compense la mort cellulaire (naturelle ou liée à des circonstances particulières accidentelles, …) La mort cellulaire programmée participe à la régulation des tissus Prolifération Mort cellulaire  Prolifération cellulaire chez l’adulte Cellules différenciées incapables de se diviser : nerfs, cristallin, muscle cardiaque Cellules différenciées capables de proliférer en remplacement: fibroblastes, muscles lisses, cellules endothéliales, cellules du foie, … Cellules qui ont une vie courte et dont la production est permanente à partir de cellules souches: intestin, globules rouges, … Cellule souche  Concept de cellule souche Le cancer: dérèglement des fonctions de contrôle des cellules normales  L’étude du cancer et des cellules cancéreuses a permis de découvrir de multiples mécanismes de régulation de la survie et de la prolifération cellulaire Cancer: prolifération anarchique ininterrompue de cellules tumorales. Ces cellules grossissent et se divisent de façon autonome Tumeur: prolifération anormale de cellules Bénigne: reste confinée à son tissu d’origine Maligne: capable d’envahir les tissus voisins par contiguïté, voie sanguine ou lymphatique « cancer »  Différents types de cancers Carcinomes (90%) : cellules épithéliales Sarcomes : tumeurs des tissus conjonctifs Leucémies-lymphomes (8%): tumeurs des cellules sanguines et immunitaires Le développement du cancer progresse par étapes Le + souvent une maladie du sujet âgé Mécanismes de développement du cancer Amorçage tumorigène: mutation et prolifération Mutations secondaires sélection clonale progression tumorale  Carcinome du colon Illustration du passage d’une tumeur bénigne à une tumeur maligne  Causes du cancer Agents initiateurs: endommagent l’ADN (radiations, agents chimiques, …) ex: UV, fumée de tabac Promoteurs tumoraux: stimulent la prolifération cellulaire (esters de phorbol, …)  4200 composés chimiques identifiés 10-15% des fumeurs feront un cancer (poumon, larynx, vessie, …) 50 % des fumeurs vont mourir du tabac Agent initiateur + promoteur  Propriétés des cellules tumorales Perte de l’inhibition de contact  Propriétés des cellules tumorales Autonomie vis-à-vis des facteurs de croissance par stimulation autocrine de la prolifération Diminution des interactions avec la matrice extracellulaire: les cellules tumorales ont moins besoin de support (moins arrimées)  La plupart des cellules tumorales sont bloquées à un certain stade de différenciation  Facteurs dont dépend la genèse de métastases Production de protéases: permet d’envahir les tissus par destruction de la matrice extracellulaire Production de facteurs de croissance pour la formation de nouveaux vaisseaux : conduit à une angiogenèse qui permet aux cellules de continuer à proliférer et d’envahir le torrent circulatoire Angiogenèse tumorale  Les gènes « oncogènes » = gènes clés régulateurs de la prolifération, différenciation, ou survie des cellules Oncogènes de rétrovirus ex: RSV qui transforme des fibroblastes de poulet Proto-Oncogènes: gènes de la cellule qui codent souvent pour des protéines impliquées dans la régulation de la prolifération Les oncogènes sont des formes mutées du proto-oncogène correspondant  Mécanismes d’activation des proto-oncogènes Mutation ponctuelle dans l’oncogène ras  Mécanismes d’activation des proto-oncogènes Translocation chromosomique (oncogène c-myc, responsable du lymphome de Burkitt)  Rôle des protéines exprimées par les oncogènes rôle dans la prolifération rôle dans l’apoptose jouent souvent un rôle dans les voies de signalisation Exemples de protéines oncogènes qui jouent un rôle dans la messagerie intracellulaire  Gènes suppresseurs de tumeurs L’apparition d’un cancer peut également être liée à l’invalidation d’un gène suppresseur de tumeur = gènes qui freinent la prolifération Ex: protéine p53