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1 LE CYCLE CELLULAIRE. 2 Medecine Science 2001, 17 (11), 1226.

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1 1 LE CYCLE CELLULAIRE

2 2 Medecine Science 2001, 17 (11), 1226

3 3 Rudolf Virchow (1858) Omni cellula e cellula Théorie cellulaire

4 4 Théorie cellulaire Toute cellule vient d'une cellule Tout animal vient d'un animal Toute plante vient d'une plante Continuité de la vie

5 5 Cycle cellulaire Séquence d'événements dans laquelle la cellule duplique son contenu puis se divise en deux –Nouvel organisme chez les êtres unicellulaires –Maintien de l'intégrité de l'organisme chez les êtres multicellulaires remplacement des cellules mortes fabrique de millions de cellules par seconde Survie de l'espèce

6 6 Les deux tâches de base Caractéristiques universelles –Réplication de l'ADN –Ségrégation des copies dans les cellules filles Variation d'un organisme à l'autre dans le détail

7 7 Fig 17-1 Le cycle cellulaire d'une cellule eucaryote à deux chromosomes

8 8 Système de contrôle du cycle cellulaire Réseau complexe de protéines régulatrices Succession d'interrupteurs biochimiques –réplication de l'ADN –ségrégation des chromosomes répliqués Réponses à des signaux –internes (eg attendre que tout l'ADN soit répliqué) –externes (eg nombre de cellules) Il faut aussi dupliquer les organites

9 9 Plan I - Survol du cycle cellulaire II - Constitution du système de contrôle du cycle cellulaire III - Contrôle intra-cellulaire des événements du cycle cellulaire IV – Apoptose V - Control extra cellulaire de la division cellulaire, de la croissance cellulaire et de l'apoptose

10 10 Plan I - Survol du cycle cellulaire II - Constitution du système de contrôle du cycle cellulaire III - Contrôle intra-cellulaire des événements du cycle cellulaire IV – Apoptose V - Control extra cellulaire de la division cellulaire, de la croissance cellulaire et de l'apoptose

11 11 I - Survol du cycle cellulaire

12 12 Les deux phases principales Phase S (synthèse de l'ADN) –10-12 heures –la moitié de la durée du cycle Phase M (pour mitose) –moins d'une heure –condensation des chromosomes –fragmentation de l'enveloppe nucléaire –chromatides sœurs –fuseau mitotique –métaphase (pause) –Anaphase –décondensation des chromosomes –reformation du noyau Cytocinèse

13 13 Fig 17-2 Cycle de division cellulaire vu au microscope On voit la phase M Transition métaphase anaphase

14 14 Les deux "trous" Pour doubler la masse de protéines et le nombre d'organites Dans la plupart des cellules G 1 (gap 1) G 2 (gap 2) G1 S G2 M

15 15 Fig 17-3 Les phases du cycle cellulaire

16 16 Les phases G1 et G2 Surtout phases de vérifications (plus que phases dattente) Permettent la croissance de la cellule G1 peut être très longue G 0 G 0 peut durer jours, semaines, années

17 17 Phase G1 ou G 0 Peut durer jusqu'à la mort Si signal "point d'engagement" –"point start" chez la levure –"point de restriction" chez les mammifères Après ce "point", réplication de l'ADN même si le signal a disparu

18 18 Système de control du cycle cellulaire Identique d'une cellule à l'autre Apparu il y a plus d'un milliard d'années Fonctionne quand on le transfert d'un humain à une levure Trois systèmes d'étude –Levure –Embryon de grenouille –Cellule de mammifère en culture

19 Études génétiques chez la levure Très proche de nous Schizosaccharomyces pombe (fission) Saccharomyces cerevisae (bourgeonnante = budding) Nombreux points communs –Se répliquent aussi vite qu'une bactérie –Génome de moins de 1 % de celui d'un mammifère –modifications génétiques rapides et faciles –prolifèrent à l'état haploïde pas de 2 ème copie

20 20 Fig 17-4 Schizosaccharomyces pombe –division par fission –bière africaine –bâtonnet –croît par élongation d'une extrémité –formation d'une plaque cellulaire pour la division au centre du bâtonnet

21 21 Fig 17-4 Saccharomyces cerevisae (bourgeonnante = budding) –division par bourgeonnement –levure des brasseurs et des boulangers –ovale –bourgeon en G1 –croît et se sépare de la mère après la mitose

22 22

23 23 Gènes cdc Recherche de mutations qui inactivent les gènes codant pour des éléments essentiels du système de contrôle du cycle cellulaire On appelle ces gènes "gènes du cycle de division cellulaire" = "cell-division-cycle" genes = gènes cdc Chez le mutant le cycle cellulaire s'arrête à un point spécifique

24 24 Gènes cdc Un mutant ne peut pas proliférer Pour les étudier il faut que le phénotype soit conditionnel ie le gène ne fonctionne pas que dans certaines conditions Les plus fréquentes sont la température Mutations thermosensibles

25 25 Mutations cdc thermosensibles basse température –le gène fonctionne –le mutant peut proliférer –le cycle cellulaire peut se faire –conditions permissives haute température –le gène ne fonctionne pas –le mutant ne peut pas proliférer au delà du point où intervient le gène muté –pas de cycle cellulaire –conditions restrictives

26 26 Fig 17-5 Cycle cellulaire chez un mutant cdc thermo- sensible –A - On trouve toutes les phases du cycle –B - Le gène muté ne fonctionne plus mais la croissance continue grosses cellules

27 27 Fig 17-6 Levure bourgeonnante bloquée par une mutation d'un gène cdc –A - cellules normales –B - mutation cdc 15 à température restrictive, les cellules vont jusqu'en anaphase puis se bloquent

28 Études biochimiques chez l'embryon de grenouille Grosse taille (1 mm de diamètre chez Xenopus) fois plus de cytoplasme qu'une cellule humaine

29 29 Fig 17-7 Œuf mature de Xenopus prêt à être fécondé

30 30 Fig 17-8 Croissance de l'ovocyte et clivage de l'oeuf de Xenopus –clivage : division sans croissance Croissance de l ovocyte sans division pendant des mois pour donner lœuf Une division sans croissance toutes les 30 minutes pour donner un têtard en 1 ou 2 jours. Synthèse uniquement d'ADN (+qq protéines) 2 12 cellules = 4096 cellules en 7 heures

31 31 Croissance et division cellulaire chez l'ovocyte de grenouille Croissance sans division puis Division sans croissance –12 divisions = 2 12 cellules = 4096 cellules –toutes les 30 minutes –succession de phases S M S M S M … –pas de G1 pas de G2 –deux étapes : duplication du génome puis ségrégation Le plus simple Grosse taille –on peut injecter dans le cytosol –on peut prélever dans le cytosol pour des dosages biochimiques On peut reconstituer le cycle cellulaire in vitro

32 32

33 33 Fig 17-9 Système sans cellule (cell-free)pour étudier le cycle cellulaire : le système de contrôle du cycle cellulaire fonctionne dans ces extraits de cytoplasme sans cellule

34 Études sur cellules de mammifères en culture Cultures en boites de plastic

35 35 Fig Fibroblastes de rat au MEB Cultures en boites de plastic Mais senescence et arrêt de cycle au bout de divisions Lignées –immortelles –mais anormales

36 36 Suivi de la culture Comment savoir à quelle phase du cycle est une cellule ? Mitose : observation Cytocinèse : observation Phase S : – 3 H Thymidine : auto-radiographie –BrdU (analogue de la thymidine) : AC anti BrdU

37 37 Fig Marquage de cellules en phase S A - 3 H Thymidine : auto-radiographie épithélium sensoriel de l'oreille interne de poulet B - BrdU : AC anti BrdU (BrdU 4 h)

38 38 The Journal of Cell Biology, Volume 148, Number 5, March 6, NG2 (protéoglycanne) expression and BrdU incorporation in OPCs ( oligodendrocyte precursor cells) cultured without TH (thyroid hormone) in PDGF for 450 days. (A) Cell stained for NG2. (B and C) OPCs were pulsed with BrdU for 4 h before staining for –A2B5 (green, in C) –and BrdU (red in B and C). Nuclei were stained with Hoechst dye (blue in B). Bars, 10 µm.

39 39 Résultats dans culture à prolifération rapide et asynchrone 30-40% des cellules sont en phase S (index de marquage après pulse de BrdU) Calcul du pourcentage de la durée du cycle à partir du pourcentage de cellules marquées –de S en G2 –de M en G1 –de G1 en S

40 40 Fig Cytomètre de flux –Beaucoup de cellules –Rapide –Durée de G1, S, G2+M –sur une population synchrone

41 41 Résumé 3 modèles différents –Levure –Embryon –Culture 3 approches différentes –Génétique –Biochimique –Cellule 3 types de résultats différents


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