Biologie K1 Synthèse - Chapitre 5 PDF

Sordo Sanchez Norma Chapitre 5 : croissance et différenciation 1. Développement Toutes les cellules proviennent d’une cellule = le zygote qui est la fusion d’un spermatozoïde et d’un ovule. Le zygote est capable de se développer pour donner un individu pluricellula...

Sordo Sanchez Norma Chapitre 5 : croissance et différenciation 1. Développement Toutes les cellules proviennent d’une cellule = le zygote qui est la fusion d’un spermatozoïde et d’un ovule. Le zygote est capable de se développer pour donner un individu pluricellulaire complet composé de milliards de cellules différentes capables de remplir des fonctions très variées. Le zygote a besoin de 2 propriétés essentielles : - La capacité de proliférer (se diviser) en maîtrisant cette capacité - La capacité de se différencier dans tous les types cellulaires de l’organisme 2. Division cellulaire ou prolifération 1) La division cellulaire chez les procaryotes : C’est une division simple car il n’y a pas d’organites. - Reproduction du matériel génétique - Cellule grandit - Clivage à séparation : chaque côté contient 50% des ribosomes Dans des conditions optimales on a des divisions toutes les 20 minutes. 88 | P a g e Sordo Sanchez Norma 2) La division cellulaire chez les eucaryotes : Elle est compliquée car le noyau renferme plusieurs chromosomes et il y a également des organites qui faudra répartir équitablement. Le cycle cellulaire : c’est l’ensemble des modifications qu’une cellule subit entre sa formation, par division de la cellule mère, et le moment ou cette cellule a fini de se diviser en 2 cellules filles. Il comprend l’interphase, la mitose et la cytocinèse. La durée d’un cycle varie en fonction du type cellulaire et des conditions physiologiques : - Cellules intestinales : division 2x par jour - Cellules hépatiques : division 1 à 2x par an - Neurones : jamais Ø L’interphase : Elle se décompose en : - Une phase G1 (croissance) - Une phase S (synthèse d’ADN) - Une phase G2 (croissance et préparatifs pour la division) Après l’interphase et ses sous-phases la cellule va rentrer en mitose (phase M). 89 | P a g e Sordo Sanchez Norma Point de restriction : A la fin de la phase G1, la cellule peut : - Entrer en phase G0 : elle arrête de se diviser et pénètre dans le pool de différenciation - Entrer en phase S : elle pénètre dans le pool de différenciation (= autoréplication de l’ADN) Dès qu’une cellule sort de la phase G1, elle parcourt obligatoirement les phases S, G2, M en dépit des conditions de l’environnement. Après réplication (phase S) : - 1 chromosome provient de 2 chromatides sœurs identiques au chromosome mère - 1 chromosome homologue provient du fait que nous sommes des organismes diploïdes - La cohésine permet d’accrocher des chromatides sœurs - 2 chromosomes homologues = une tétrade sauf pour l’homme car il possède des chromosomes X et Y 90 | P a g e Sordo Sanchez Norma A la phase G2 : - Le noyau est défini et entouré de l’enveloppe nucléaire - A côté du noyau se trouve 2 centrosomes qui contiennent chacun deux centrioles - Les microtubules ont une formation étoilée (aster) - La réplication des chromosomes a eu lieu - L’ADN est sous une forme décondensée (la chromatine). 91 | P a g e Sordo Sanchez Norma Caryotype diploïde humain : Un caryotype est l’arrangement standard de l’ensemble des chromosomes d’une cellule. Ø La mitose : Cette phase s’achève par la formation de 2 cellules filles. La mitose comporte : 1) Prophase : Matériel chromosomiques se condense et forme des chromosomes mitotiques compactes. Les microtubules des centrosomes forment le fuseau mitotique. 92 | P a g e Sordo Sanchez Norma 2) Prométaphase (prophase tardive) : Les centrosomes migrent vers des pôles opposés de la cellule. Le fuseau mitotique est formé. Les chromosomes se fixent aux microtubules vers l’équateur du fuseau. Une chromatide étant connectée à un pôle et la chromatide sœur à l’autre pôle. L’enveloppe nucléaire disparait. 3) Métaphase : Les chromosomes s’alignent à l’équateur du fuseau, sur la plaque métaphasique. 93 | P a g e Sordo Sanchez Norma 4) Anaphase : Les chromatides sœurs se séparent et migrent chacun vers les pôles opposés du fuseau. Les microtubules se raccourcissent. 94 | P a g e Sordo Sanchez Norma 5) Télophase : Le fuseau mitotique disparait. Les chromosomes se rassemblent aux 2 pôles du fuseau avant de se décondenser. Ø La cytocinèse : La division du cytoplasme commence à la fin de la télophase. C’est la division du cytoplasme en 2 parties égales. Résultat de la contraction d’un anneau d’actine à Sillon de clivage à constriction et coupure de la cellule. 95 | P a g e Sordo Sanchez Norma 3. Contrôle de la prolifération cellulaire Si les cellules prolifèrent de manière non contrôlé il y a apparition de tumeurs. Il existe 2 types de tumeurs : Ø Tumeur bénigne (non cancéreuse) : C’est une tumeur à prolifération localisée - Reste circonscrite - Ne s’étend pas à d’autres tissus Ø Tumeur maligne (cancéreuse) : - Prolifère très rapidement - Envahit le tissu adjacent, puis le système sanguin - Produit des métastases = prolifération d’une cellule tumorale, à distance du site initialement atteint par voie sanguin ou lymphatique 4. Régulation de la prolifération cellulaire Ø Facteurs de croissance : besoin de stimulation hormonale par des molécules les « facteurs de croissance » qui se fixe sur la paroi cellulaire (pour la prolifération). Ø Besoin de nutriments : lors de la phase G1-G2, la cellule doit produire des lipides, protéines,… et tout ça nécessite de l’énergie. Ø Taille de la cellule Ø Intégrité de l’ADN : l’ADN doit être dans un bon état pour proliférer. Ø Présence de plaque métaphasique : les chromosomes doivent être bien alignés sur la plaque métaphasique. Ø Inhibition de contact : trop de contact avec les autres cellules empêche une bonne division. 1) Corrélation entre concentration en cycline et phase du cycle cellulaire : La kinase dépend de la cycline c’est-à-dire que la kinase est fonctionnelle qu’en présence de cycline. La cycline est une protéine qui apparait et disparait de 96 | P a g e Sordo Sanchez Norma manière cyclique dans le noyau à Il faut la présence de ces 2 protéines pour que la mitose puisse se produire. 2) Points de contrôle du cycle cellulaire : Il existe plusieurs points de contrôle : - Le 1er point de contrôle se situe à la fin de la phase G1 : il permet le passage en phase S. Ce passage peut être franchi que si il y a un facteur de croissance, que l’état nutritionnel de la cellule est intacte et que la taille de la cellule est importante. - Le 2e point de contrôle se situe en fin de phase G2 : il permet le passage en phase M. Ce passage ne peut être franchi que si la réplication est fini et que l’ADN est intacte. - Le 3e point de contrôle se situe en fin de phase M : ce passage peut être franchi que si les chromosomes sont fixés et bien alignés sur la plaque métaphasique. Les points de contrôles servent à vérifier s’il n’y a pas de problèmes au niveau de la cellule mère lors du cycle cellulaire pour éviter de produire des cellules filles défaillantes. Facteur de croissance = molécules qui se fixent sur un récepteur (souvent dans la membrane). La fixation sur récepteur entraîne une réaction biochimique dans la cellule (= transduction) et donc une production de cycline à division cellulaire (=mitose). 97 | P a g e Sordo Sanchez Norma 3) Mécanisme moléculaire de régulation du cycle cellulaire : Ø 1ere étape : Production de cycline si les conditions sont optimales. Elle commence vers la fin de la phase S et se poursuit pendant la phase G2. La cycline est protégée de la dégradation durant cette phase, elle va donc s’accumuler. Ø 2e étape : Les molécules de cycline accumulées s’associent avec des molécules de Cdk ce qui forme suffisamment de molécules de MPF au point de contrôle G2 pour amorcer la mitose. Ø 3e étape : Le MPF déclenche la mitose en phosphorylant diverses protéines. L’activité du MPF atteint son maximum durant la métaphase. Ø 4e étape : Durant l’anaphase, la portion cycline du MPF est dégradée ce qui met fin à la mitose. La cellule entre en phase G1. Ø 5e étape : Durant la phase G1, les conditions intracellulaires favorisent la dégradation de la cycline, et la portion Cdk du MPF est recyclée MPF = Cdk + cycline. 98 | P a g e Sordo Sanchez Norma 4) Inhibition de contact : Ø Cellule normale : croissance inhibée par communication directe et paracrine avec un besoin d’ancrage (adhésion à un support à les parois de la membrane). Ø Cellule tumorale : pas d’inhibition de contact ni besoin de support. Il faut juste rajouter les facteurs de croissance nécessaire à l’apport en nutriment, les cellules vont continuer à proliférer. 5) Contrôle du cycle cellulaire par P53 : Lorsque l’ADN est abimé il est détecté par la protéine P53 qui va alors arrêter la division cellulaire et déclencher le mécanisme de réparation de l’ADN. - Si la réparation a fonctionnée la division cellulaire peut reprendre. - Si la réparation n’est pas possible la protéine P53 déclenche l’apoptose cellulaire. Dans les cellules cancéreuses : on se rend compte que dans l’organisme les cellules n’ont plus de P53 et donc elles ne peuvent pas réparer l’ADN abimé. De ce fait, après 3-4 altérations de l’ADN, les cellules deviennent cancéreuses. 99 | P a g e Sordo Sanchez Norma 5. Cycle de reproduction humain Chez l’homme le développement (du zygote jusqu’à l’âge adulte) se fait avec des cellules diploïdes (2n). La phase haploïde (n) du cycle se déroule chez les gamètes après la méiose. Les gamètes possèdent alors le matériel génétique qu’en 1 seul exemplaire. L’homme est diploïde, il possède le matériel génétique en 2 exemplaires. 100 | P a g e Sordo Sanchez Norma 1) La méiose 1 : La méiose est une division cellulaire au sein de laquelle on va réduire le nombre de chromosomes à on passe de cellule diploïde à cellule haploïde. La méiose est semblable à la mitose sauf qu’il y a 2 divisions successives à toutes les divisions de la mitose sont produite 2 fois lors de la méiose. Différence entre méiose et mitose : Ø La plus grosse différence se passe en métaphase 1 : Les chromosomes vont s’aligner 1 par 1 sur la plaque équatoriale dans le cas de la mitose alors que dans le cas de la méiose 1 les chromosomes homologues vont s’associer pour former des tétrades et vont ensuite s’aligner sur la plaque équatoriale. Ø Lors de l’anaphase 1 (dans la méiose) : Ce ne sont pas les chromatides sœurs qui vont être séparées mais les chromosomes homologues. Ø A la fin de la méiose 1 la cellule devient haploïde (on obtient 2 cellules) tandis qu’à la fin de la mitose il n’y a pas de réduction de chromosomes, on reste des cellules diploïdes. 101 | P a g e Sordo Sanchez Norma 2) La méiose 2 : Elle ressemble très fortement à la mitose. Ø Prophase : les chromosomes migrent vers des pôles opposés de la cellule Ø Métaphase : les chromosomes bichromatidien s’alignent sur la plaque métaphasique individuellement. Ø Anaphase : les chromosomes vont être séparés en 2 chromatides Ø Télophase : on obtient 4 cellules haploïdes. 102 | P a g e Sordo Sanchez Norma 6. Le développement Un zygote est un individu pluricellulaire = milliards de cellules différentes capables de remplir des fonctions très variées. Toutes les cellules du corps humain ont le même matériel génétique quel que soit la fonction que rempli la cellule dans l’organisme. Pour pouvoir produire un individu pluricellulaire il faut avoir plusieurs capacité : Ø La capacité de proliférer en maitrisant cette capacité Ø La capacité de se différencier dans tous les types cellulaires de l’organisme è Si une cellule est capable de faire ces 2 choses on dit que c’est une cellule souche. 103 | P a g e Sordo Sanchez Norma 1) Les cellules souches : Elles possèdent 2 propriétés fondamentales : - Capacité d’auto-renouvellement - Capacité de différenciation Ø Potentialité des cellules souches : Cellules totipotentes : peuvent engendrer un organisme entier y compris le placenta (trophoblaste). Cellules pluripotentes : peuvent donner tous les types cellulaires des trois feuillets embryonnaires (endoderme, mésoderme, ectoderme) Cellules multipotentes : peuvent donner un grand nombre de types de cellules d’un lignage spécifique. Cellules oligopotentes : ne peuvent donner qu’un nombre très restreint de types cellulaires. Cellules unipotentes : ne se différencient qu’en un seul type cellulaire 104 | P a g e Sordo Sanchez Norma 1) Le zygote est totipotent jusqu’à la morula (=phase durant laquelle on a 16 cellules). 2) Ensuite le zygote est pluripotent au stade blastocyste 3) Pour finir au stade fœtal on a une différenciation en multipotente, oligopotente, unipotente. Tous les adultes possèdent un petit nombre de cellule souche dans tous les tissus (qui peuvent participer à la réparation cellulaire à la suite d’une lésion) de type multipotente, oligopotente et unipotente. Ø Origine des cellules souches embryonnaires (cellules ES) : 1) Les cellules de la masse interne ou embryoblaste : ce sont des cellules multipotentes qui peuvent donner naissance à n’importe quelle structure sauf le placenta 2) Zone pellucide 3) Trophoblaste : constitué de cellule qui sont capable de donner uniquement le placenta 4) Blastocèle 105 | P a g e Sordo Sanchez Norma Ø Différenciation des cellules souches embryonnaires en culture : Le LIF est un facteur qui bloque la différenciation et qui permet de produire des milliards de cellules souches embryonnaires. Ensuite lorsqu’on retire le LIF les cellules souches embryonnaires commencent à se différencier. Ø Les cellules souches adultes : - Elles sont présentent dans tous les tissus - Dans chaque tissu il y a un réservoir de cellules souches - La potentialité de prolifération est variable d’une cellule souche à l’autre Ex : rapide chez les cellules souches intestinales et lentes chez les cellules souches neuronales. Multipotentes : cellules souches de la moelle osseuse Oligopotentes : cellules souches neurales Unipotentes : cellules satellites du muscle Ø Potentialité des cellules souches hématopoïétiques de la moelle osseuse : Les cellules souches hématopoïétiques donnent toutes les cellules du sang après leur différenciation. Elles sont multipotentes. 106 | P a g e Sordo Sanchez Norma Ø Potentialité des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse : Elles peuvent se différencier en plusieurs cellules. Ø Niche des cellules souches : Les niches des cellules souches sont des microenvironnements de l’organisme ou les cellules souches sont favorables au maintien de l’état indifférencié. Dès que la cellule souche sort de cette niche, elle se différencie. Les microenvironnements sont indispensable pour : - Maintenir la multipotence à long terme - Contrôler l’auto-renouvellement Ø Contrôle de la différenciation des cellules souches : Les cellules souches peuvent soigner des tissus altérés tout en gardant le nombre constant de cellules souches dans l’organisme grâce à la division asymétrique. Les signaux de différenciation : - Facteurs de croissance et de différenciation - Support (membrane basale) - Facteurs mécaniques (pressions, étirements, …) è Chacune des différenciations est irréversible dans un processus normal au sein de l’organisme mais on sait revenir en arrière de manière artificielle. 107 | P a g e Sordo Sanchez Norma Ø Mécanisme (simplifié) de contrôle épigénétique de la différenciation : Quand une cellule se différencie, l’expression de gènes change. Cette expression de gène est fortement influencé par des facteurs épigénétiques (= facteurs qui sont en lien avec l’état de compaction de l’ADN) - Quand l’ADN est compacte les chromosomes sont peu exprimés (=pas méthylé) - Quand l’ADN est relâché (=méthylé) les chromosomes permettent l’expression des gènes de la différenciation. Ø Mobilisation / Homing des cellules souches : Les cellules d’un tissu peuvent quitter un tissu pour se différencier et aller dans un autre tissu. On utilise ce processus pour essayer de soigner. Ex : Greffe autologue de cellules souches adultes : Elle consiste à récupérer des cellules souches de la moelle osseuse. On les fait proliférer de manière in vitro (en les associant avec un biomatériel si on veut) et ensuite on les réimplante au patient sur une lésion pour essayer de la guérir. On le fait avec des tissus musculaires, osseux et cartilagineux. Greffe autologue de cellules souches mésenchymateuse : 108 | P a g e Sordo Sanchez Norma Greffe autologue = provient du patient lui-même. Avantage : - Capacité de différenciation en ostéoblastes et en chondroblastes - Homing au site lésé - Culture in vitro Limite : - Rareté - Capacité prolifératives in vitro limitées - Perte progressive de la multipotence in vitro Greffe allogénique de cellules souches embryonnaires différenciées : On utilise des cellules souches de l’embryon qui se prolifèrent beaucoup plus vite que les cellules souches adultes, on les prolifère et différencie puis on les réimplante chez un patient adulte. Il y a un risque de rejet de la greffe dans ce cas, car les cellules souches proviennent d’un autre organisme. Ø Reprogrammation des cellules somatiques en cellules souches pluripotentes induites (iPS) : On va modifier des cellules pour qu’elles redeviennent des cellules souches. Une fois les cellules souches obtenues on peut les proliférer et les réimplanter chez le patient. 109 | P a g e