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MITOSE et CYCLE CELLULAIREMITOSE et CYCLE CELLULAIRE
Claire DEBOUT, MCU-PH Laboratoire d’HISTOLOGIE – EMBRYOLOGIEet de BIOLOGIE CELLULAIRE
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et de BIOLOGIE CELLULAIRE
PAES – SEMESTRE 1, CAEN 2010-11
LA MITOSELA MITOSE
PROPHASE 2 asters
PRO-MÉTAPHASE (la + longue)PRO MÉTAPHASE (la + longue)
ÉMÉTAPHASE (la + courte)
ANAPHASE A et B
TÉLOPHASE
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TÉLOPHASE
LE CYCLE CELLULAIRELE CYCLE CELLULAIRE
Prix Nobel 2001 : Tim HUNTPaul NURSE
SPaul NURSELeyland HARTWELL
Pool prolifératif :ensemble des cellules qui G2
G1parcourent activement le cycle cellulaire
G2M
G0Pool non prolifératif
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De la chromatine……… au chromosome : Dans le noyau interphasique : 46 molécules d’ADN > 2 m de longdans un noyau de quelques m de diamètredans un noyau de quelques m de diamètre
ADN internucléosomalADN internucléosomal
nucléosomesnucléosomes
Chromatine = x nucléosomes (H2A, H2B, H3 et H4 cœur du nucléosome)+ l’ADN internucléosomal lié à H1
1 molécule d’ADN interphasique = +/- 5 cm de long 1 chromosome métaphasique = 10 m
4Condensation d’environ 5000 fois
grâce aux protéines d’empaquetage : les histones
Préparation de la mitose grâce au cycle du centrosomegrâce au cycle du centrosome
centrosome = 2 centrioles ++100+ protéines centrosomales
dont SAK (kinases) duplication
élongationmaturation
séparase séparationdescentrioles
duplication
Hyperexpression des SAKHyperexpression des SAK
centrosomes surnuméraires
di i i l i l i
activité deactivité de
divisions multipolairs= répartition inégale deschromatides entre cellules sœurs activité de
CDK 1activité de cycline E-CDK 2
entre cellules sœurs
ANEUPLOÏDIE
5Sortie de M/G1 S G2 M
CANCER
Le chromosome, le centromère et le Le chromosome, le centromère et le kinétochorekinétochore
Protéines non-histones : - topoisomérase II (phosphoryle H1)
Fixation de20 à 40 tubules
centromèrekinétochore
- condensine (Smc) (phosphoryle H3)
- les protéines centromériques :(Aurora B CENP E survivine MAD ) (Aurora, B CENP-E, survivine, MAD…)
- les cohésines (= Smc 1/3)
- les protéines motrices :
Complexe protéique
p(kinésines, dynéines)
Complexe protéique kinétochorialPhosphoryle les H1 / H3Compacte la chromatine Accroche les tubulesSépare les chromatides
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p
Le fuseau mitotique et les chromatidesPoint de contrôle on/ off métaphasique
ou contrôle de l’assemblage du fuseau(SAC = spindle assembly checkpoint)
accrochages incorrects tubulesastériens
tubuleskinétochoriens
tubulespolaires
accrochage
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accrochage amphitélique
Transition Métaphase - Anaphase
chromosomesPoint de contrôle mitotique
polyubiquitinylation de la sécurine par l’ubiquitine ligase (APC) asterpar l ubiquitine ligase (APC) dégradation sécurine par la voie du protéasome (APC est sous contrôle de MAD)
aster
( C es sous co ô e de )
Libération des chromatides
â à l
métaphase anaphase
sécurine Séparase activegrâce à la séparase(activée par le MPF)
Séparase inactive sécurine Séparase active
APC cdc20
8cohésine
APC : complexe promoteur de l’anaphaseAPC : complexe promoteur de l’anaphase(ubiquitine ligase)(ubiquitine ligase)
Déroulement du CYCLE CELLULAIRE (1)
A/ Cycles brefs : M+S (cycles 1 à 7 des cellulesA/ Cycles brefs : M+S (cycles 1 à 7 des cellulesembryonnaires)
B/ Cycles longs : introduction des phases G(cycles 8-13, puis 14)
C/ C/ Distribution biDistribution bi--modalemodale d’une population d’une population cellulaire, en fonction du contenu en ADN cellulaire, en fonction du contenu en ADN des cellulesdes cellules
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des cellulesdes cellules
Déroulement du CYCLE CELLULAIRE (2)
Quelles cellules se divisent ? A quelle vitesse ?
Cellules mitotiques : épithéliales
Embryon : très rapideCellules de l’œuf = absence de G1 et G2p
conjonctivesprécurseurs sanguinsprécurseurs des gamètes
quand différenciation embryonnaire : augmentation progressive jusqu’à la TMB
précurseurs des gamètes
Quelles cellules ne se divisentpas ou plus?
Cellules différenciées : en fonction des durées de G1 et G2durée de S +/ constante (80 minutes)pas ou plus?
Cellules post-mitotiques : bli t i
durée de S +/- constante (80 minutes)
Cellules tumorales :obligatoires = neuronesmusculairesplurinucléées
Cellules tumorales : lentement,non régulées, é h t à l’ t
10facultatives=qq cellules glandulaires échappent à l’apoptose
Déroulement du CYCLE CELLULAIRE (3)
Télomère télomérase(TTAGGG)
Horloge mitotique = limite de Hayflick
Cellules saines : télomérase inactive
Cellules embryonnaires : télomérase activeC ll l t l i t li é tél é ti
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Cellules tumorales ou immortalisées : télomérase active
Sortie de mitose =destruction MPF (APC)
Régulation du CYCLE CELLULAIRE
Période contrôlée pardes facteurs de croissance
MPF =Cdk1-cycline B
CYCLE CELLULAIRE
Entrée en mitose
G1G2
M Cdk2-cycline D
Cdk4-cycline D
Cdk1-cycline A
G
S
G2 y
Cdk5-cycline D
SR Cdk6-cycline D
Cdk2-cycline E
Cdk2-cycline A
12Entrée enphase S
Régulation du CYCLE CELLULAIRE
cycline Acycline D
cycline Ecycline A
cycline B
13G1 S G2 M
ACTIVATION DES COMPLEXES CYCLINE - CDK
Exemple du MPF = [cycline B - Cdk 1]Exemple du MPF [cycline B Cdk 1]
CDK1pré-MPFinactif MPF
Wee-1
MitoseMitose
CDK1 inactif MPFactif
MitoseMitose
Cyclin B
CAK cdc25
CDK1cdc25
Polo kinasePtc
Translocation nucléaireTranslocation nucléaireAPCcdh1
CDK1
CAK t W 1 ki h h l t
Shh
14Cyclin Bdégradée
CAK et Wee-1 = kinases phosphorylantesCcd25 = phosphatase déphosphorylantePtc (Shh récepteur) = retardateur de la mitose
LA PROTÉINE DU RÉTINOBLASTOME pRbLA PROTÉINE DU RÉTINOBLASTOME pRb
pRb hypophosphorylé séquestre E2F
pRb = substrat de phosphorylation despRb substrat de phosphorylation descomplexes Cdk 4/6-cycline Det Cdk 2-cycline E
pRb = protéine inhibitrice : ll f l ll l à ielle force la cellule à ralentir saprogression dans la phase G1
Point de contrôle R
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LA PROTÉINE p53LA PROTÉINE p53 : gardienne du génomecontrôle les lésions de l’ADNcontrôle les lésions de l’ADN
Lésion de l’ADN (mutation p53 inactiveradio-induite, anoxie, …)
- en phase G1ATM (PI3K) phosphoryle p53p53 active
expression de p21 (CDKI)
ARRÊT EN G1/SARRÊT EN G1/S
Lésion de l’ADN induite par les UV- en phase G2
ATM (PI3K) bloque la cdc25
p21
( ) qstoppe la maturation du MPF
ARRÊT EN G2ARRÊT EN G2
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Sortie de mitose =destruction MPF (APC)
Régulation du CYCLE CELLULAIRE
Période contrôlée pardes facteurs de croissance
MPF =Cdk1-cycline B
CYCLE CELLULAIRE** Période sous contrôle des facteurs de croissance
pRbEntrée en mitose
**
G1G2
M
Cdk4/6 cycline D p16 p21
Cdk1-cycline A
**G
S
G2 Cdk4/6-cycline D p16, p21
p53**SR
Cdk2-cycline A ATM
Cdk2-cycline E p21 p53 ATMp53
**
p21cdc25
17**Entrée enphase S
ATM**
** = Points de contrôle
Contrôle de la prolifération cellulairedeux classes de gènes impliquésdeux classes de gènes impliquésdeux classes de gènes impliquésdeux classes de gènes impliqués
Gènes de prolifération= proto-oncogènes
(d i t)
Gènes de répressionSuppresseurs de tumeur
ti è(dominant)(c-jun, c-myc ….)
= anti-oncogènes(récessif)
(gènes Rb, p53, p21, Ptc, ATM …)d tcodent pour
des facteurs de transcription,les cyclines
codent souvent pour les CDKI
MUTATIONMUTATIONMUTATIONMUTATIONOncogène Gène muté
hyperexpressionhyperexpression inactivationinactivation
Prolifération anarchique = cancer18
q
ChronologieChronologie desdes avancéesavancées conceptuellesconceptuellesenen matièrematière dede cyclecycle cellulairecellulaire etet dede sasa régulationrégulation ::enen matièrematière dede cyclecycle cellulairecellulaire etet dede sasa régulationrégulation ::
1902 : caractérisation du fuseau mitotiqueq1953 : réplication de l’ADN1970 : éléments du contrôle du cycle cellulaire
f d i d l i1971 : facteur de promotion de la maturation(complexe cycline B / cdc2 ou MPF)
1974 : le point R de restriction1974 : le point R de restriction1975 : régulation de cdc2 (Cdk1)1980 : les centromères de la levure1983 : caractérisation des cyclines1988 : les « check-points » - clonage de Rb1989 53 è1989 : p53 gène suppresseur1993 : les CDKI inhibiteurs de Cdk1995 : APC – le check-point mitotique
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1995 : APC – le check-point mitotique
CYCLE CELLULAIRE ET MITOSE (2010-2011)
Pré-requis : connaître les étapes de la mitose quant à la ségrégation des chromosomes.
OBJECTIFS
La mitose : connaître le fuseauLe cycle centrosomiqueLe cycle centrosomiqueLa structure du kinétochore péri-centromérique
Le cycle : connaître les phases du cycleLes complexes cycline – CDKLes différents points de contrôle du cycleLe rôle des protéines régulatricesLes gènes impliquésLes gènes impliqués
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