Génétique Jan 2016

Ref : le cycle cellulaire, Morgan, Deboeck, 2010 Cycle cellulaire, Nicolas Girard, Hôpital Louis Pradel, Université Claude Bernard-Lyon 1.

descendent d’une cellule unique  La reproduction cellulaire est fondamentale pour le développement et le fonctionnement de toute forme de vie. Toutes les cellules d’un organisme quelconque descendent d’une cellule unique. série d’événements finement contrôlés  La division d’une cellule se déroule par des étapes distinctes et grâce à une série d’événements finement contrôlés appelés le cycle cellulaire. dupliqués et répartis  Durant le cycle cellulaire les composants de la cellule y compris le matériel génétique sont dupliqués et répartis dans deux cellules filles. complexe de protéines régule la progression  Un réseau complexe de protéines régule la progression à travers les différentes étapes du cycle cellulaire.

La division cellulaire… Reproduction (+/- production de gamètes) Développement / Croissance Réparation Comment ? Comment ? Dupliquer le matériel génétique Partager le matériel génétique Contrôler le processus (régulation) Pourquoi ?

Le cycle cellulaire : une mission très complexe Le cycle cellulaire : une mission très complexe Taille des génomes eucaryotes (3m chez l’homme) >> formation des chromosomes Complexité chez les eucaryotes : plusieurs chromosomes contre un chez les procaryotes Les chromosomes doivent être dupliqués une seule et unique fois par cycle. Les chromosomes dupliqués doivent être séparés les uns des autres et distribués précisément dans les cellules filles. Le cycle doit être coordonné avec la croissance cellulaire pour maintenir la taille de la cellule. Les nouvelles cellules ne sont produites qu’en cas de besoin. ….

Remarques : La croissance cellulaire et le cycle cellulaire chromosomique sont des événements régulés de manière indépendante, coordonnés dans certains types cellulaires mais pas dans tous. La symétrie de la division cellulaire varie en fonction des types cellulaires (ex : bases de la génétique du développement) La structure du cycle cellulaire varie selon la cellule et l’organisme :

S G2G1 M G0G0 Cytocinèse Prophase Métaphase Anaphase Télophase Signaux mitogène

S G2G1 M G0G0 Cytocinèse Prophase Métaphase Anaphase Télophase Signaux mitogène Phase G0 :  phase post-mitotique ou phase de quiescence  la cellules quitte souvent le cycle cellulaire de façon temporaire ou permanente afin d’assurer une fonction dans l’organisme (ex : sécrétion, attaque pathogène, conduction nerveuse…)

S G2 G1 M G0G0 Cytocinèse Prophase Métaphase Anaphase Télophase Signaux mitogène Phase G1 :  La phase G1 est déclenchée par des signaux mitogènes extracellulaires.  Le cycle commence par la synthèse des protéines et des ARNm  Cette phase peut être subdivisée en deux sous phases : G1 précoce et G1 tardive séparées par un point de non- retour au delà duquel ne peut que se diviser ou mourir.

S G2 G1 M G0G0 Cytocinèse Prophase Métaphase Anaphase Télophase Signaux mitogène Phase S :  Réplication de l’ADN  Transcription des ARNm codant pour les protéines d’histones qui seront utilisées pour compacter l’ADN  Dans le cytoplasme de la cellule animale, le complexe centriolaire (le centrosome) se réplique.  Les deux centrosomes formés vont s'écarter pour former les deux pôles.

S G2 G1 M G0G0 Cytocinèse Prophase Métaphase Anaphase Télophase Signaux mitogène Phase S :  Réplication de l’ADN  Transcription des ARNm codant pour les protéines d’histones qui seront utilisées pour compacter l’ADN  Dans le cytoplasme de la cellule animale, le complexe centriolaire (le centrosome) se réplique.  Les deux centrosomes formés vont s'écarter pour former les deux pôles.

S G2G1 M G0G0 Cytocinèse Prophase Métaphase Anaphase Télophase Signaux mitogène Phase G2 :  Croissance et synthèse protéique notamment des facteurs de régulation et les microtubules du fuseau mitotique.

S G2G1 M G0G0 Cytocinèse Prophase Métaphase Anaphase Télophase Signaux mitogène Phase G2 :  Croissance et synthèse protéique notamment des facteurs de régulation et les microtubules du fuseau mitotique.

S G2G1 M G0G0 Cytocinèse Prophase Métaphase Anaphase Télophase Signaux mitogène Phase M : Prophase Prophase ________________ Condensation de la chromatine et formation des chromosomes. Chaque chromosome est formé par deux chromatides reliées entre elles au niveau du centromère. Les deux centrosomes répliqués dès la phase S prennent position aux deux pôles de la cellule. Ils forment des ASTER et projettent des microtubules vers le centre de la cellule formant le fuseau mitotique L'enveloppe du noyau se dissout.

Phase M : Prophase Prophase ________________ Condensation de la chromatine et formation des chromosomes. Chaque chromosome est formé par deux chromatides reliées entre elles au niveau du centromère. Les deux centrosomes répliqués dès la phase S prennent position aux deux pôles de la cellule. Ils forment des ASTER et projettent des microtubules vers le centre de la cellule formant le fuseau mitotique L'enveloppe du noyau se dissout.

ont leur origine aux centrosomes, mais n'entrent pas dans la constitution du fuseau mitotique. s'attachent aux chromatides au niveau des kinétochores, structures protéique voisines des centromères. trajectoire similaire à celle des microtubules kinétochoriens, mais ne sont pas rattachés aux chromosomes ils forment le charpente de tissu du fuseau mitotique. Chaque chromosome dupliqué est relié à chaque centrosome par des microtubules qui se font face.

S G2G1 M G0G0 Cytocinèse Prophase Métaphase Anaphase Télophase Signaux mitogène Phase M : Métaphase Métaphase ______________ Les chromosomes attachés au fuseau se déplacent et s'alignent à mi-chemin entre les deux pôles sur un cercle : la plaque équatoriale, et sont soumis à des forces de traction continues de part et d'autre

S G2G1 M G0G0 Cytocinèse Prophase Métaphase Anaphase Télophase Signaux mitogène Phase M : Anaphase Anaphase _______________ Les connections entre les chromatides sœurs sont dégradées par des enzymes spécifiques. Chaque chromosome est tracté vers chaque pôle de la cellule par ses microtubules qui se dépolymérisent. Dans le même temps, les pôles du fuseau s'écartent grâce à la croissance des microtubules polaires qui se polymérisent. L'anneau contractile commence à se former, amorçant la cytocinèse.

S G2G1 M G0G0 Cytocinèse Prophase Métaphase Anaphase Télophase Signaux mitogène Phase M : Télophase : Télophase : _____________ disparition des microtubules kinétochoriens Les chromosomes se décondensent et la transcription peut reprendre Une enveloppe nucléaire se forme autour des chromosomes les pores se reconstituent. réapparition du nucléole, de l'appareil de Golgi, ainsi que du réticulum endoplasmique qui se sont séparés en deux quantités égales.

 Conduit par l'anneau contractile (qui comprend actine et myosine attach é es à des prot é ines situ é es à la face cytoplasmique de la membrane).  Il devient de plus en plus petit à mesure que la cellule progresse. Cytocinèse :  D é bute à l'anaphase par le creusement d'un sillon de clivage perpendiculaire au grand axe du fuseau au niveau de l' é quateur de la cellule parentale.

 Se désassemble quand la cellule est clivée en 2.  Formation à la fin de deux cellules de taille égale (dans la plupart des cas). Cytocinèse :

indépendant des événements du cycle Système de contrôle indépendant des événements du cycle cellulaire qui continue à opérer même si ces événements échouent. minuterie biochimique Il se comporte comme une minuterie biochimique autonome programmée de façon précise pour déclencher les événements du cycle cellulaire dans l’ordre correct et à des intervalles spécifiques.

check-points» Les événements du cycle cellulaire sont controlés au niveau de trois «check-points» : G1/S Point de contrôle G1/S (Start) G2/M Point de contrôle G2/M M Point de contrôle M (transition métaphase-anaphase)

Mécanisme du système de contrôle du cycle : basé sur des oscillations d’activité d’un complexe kinase constitué par deux protéines clés : CDK  une sous unité catalytique = CDK (cyclin dependant kinase) cycline  une sous unité régulatrice = cycline

Mécanisme du système de contrôle du cycle : Des cdk existent pour les différentes phases du cycle :

2N,1C2N, 1C Mitose >> cellules somatiques : 1 cellule (2N,1C) >> 2 cellules (2N, 1C) 2N,1C1N,1C Méiose >> cellule germinale : 1cellule (2N,1C) >> 4 cellules (1N,1C) ou gamètes  N  N : haploïde  2N  2N : diploïde  4N  4N : Tétraploïde  ….

La méiose implique 2 cycles de ségrégation des chromosomes : Prohpase I Condensation des chromosomes Disparition de l’enveloppe nucléaire Appariement des chromosomes homologues deux à deux. Metaphase I Les paires de chromosomes se placent sur le plan équatorial qui définit la plaque métaphasique Anaphase I Les chromosomes homologues de chaque paire se sépare et migre à un pôle. Il se crée un brassage aléatoire interchromosomique.

La méiose implique 2 cycles de ségrégation des chromosomes : Prohpase I Condensation des chromosomes Disparition de l’enveloppe nucléaire Appariement des chromosomes homologues deux à deux. Metaphase I Les paires de chromosomes se placent sur le plan équatorial qui définit la plaque métaphasique Anaphase I Les chromosomes homologues de chaque paire se sépare et migre à un pôle. Il se crée un brassage aléatoire interchromosomique.

La méiose implique 2 cycles de ségrégation des chromosomes : Prohpase I Condensation des chromosomes Disparition de l’enveloppe nucléaire Appariement des chromosomes homologues deux à deux. Metaphase I Les paires de chromosomes se placent sur le plan équatorial qui définit la plaque métaphasique Anaphase I Les chromosomes homologues de chaque paire se sépare et migre à un pôle. Il se crée un brassage aléatoire interchromosomique. Télophase I Le cytoplasme commence sa division et donne naissance à 2 cellules filles haploïdes à chromosomes bichromatidiens. Il n’y a pas de reconstitution de l'enveloppe nucléaire. La cellule enchaîne dans le foulée avec la division équationnelle.

La méiose implique 2 cycles de ségrégation des chromosomes : Les étapes sont les même que pour une mitose : Prohpase II Les deux centrosomes prennent position aux deux pôles de la cellule. Chaque chromosome dupliqué est relié à chaque centrosome par des microtubules qui se font face. Metaphase II Chaque chromosome bichromatidien se place sur le nouveau plan équatorial. Anaphase II Dans chaque cellule fille, les chromatides de chaque chromosome se séparent et migrent vers pôle. Télophase II Dans chaque cellule fille apparait une cloison médiane qui donne naissance à 4 cellules filles haploïdes à chromosome mono-chromatidiens

Le Brassage inter-chromosomique : La ségrégation des chromosomes lors de la division réductionnelle se fait de manière aléatoire et indépendamment les uns des autres, ce qui permet une combinaison totale de 2 n (avec n le nombre de chromosomes).

Le Brassage intra-chromosomique : Il peut y avoir un échange réciproque d’un fragment de chromatide entre deux chromosomes homologues : c’est le phénomène de crossing-over, se déroulant pendant la prophase I. Il y a donc un brassage allélique à l’origine des chromatides recombinées Ces crossing over peuvent être visibles sous microscope sous la forme de structures en croix appelés Chiasma.

superposition des deux formes de brassages La diversité génétique des gamètes est donc accrue avec la superposition des deux formes de brassages inter- et intra_chromosomique.