Mardi 22 janvier 2008 LE CYCLE CELLULAIRE

Medecine Science 2001, 17 (11), 1226

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

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

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

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

Mardi 22 janvier 2008 Le cycle cellulaire d'une cellule eucaryote à deux chromosomes Fig 17-1

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

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

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

I - Survol du cycle cellulaire

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

Fig 17-2 Cycle de division cellulaire vu au microscope Mardi 22 janvier 2008 Cycle de division cellulaire vu au microscope On voit la phase M Transition métaphase anaphase Fig 17-2

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

Les phases du cycle cellulaire Mardi 22 janvier 2008 Fig 17-3

Mardi 22 janvier 2008 Les phases G1 et G2 Surtout phases de vérifications (plus que phases d’attente) Permettent la croissance de la cellule G1 peut être très longue  G0 G0 peut durer jours, semaines, années p986

Phase G1 ou G0 Peut durer jusqu'à la mort Mardi 22 janvier 2008 Phase G1 ou G0 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 p986

Système de control du cycle cellulaire Mardi 22 janvier 2008 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 #1p986

1 - Études génétiques chez la levure Mardi 22 janvier 2008 1 - 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 2ème copie #2p986

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 Mardi 22 janvier 2008 #2p986 Fig 17-4

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 Mardi 22 janvier 2008 #2p986 Fig 17-4

Mardi 22 janvier 2008 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 #2p987

Gènes cdc Un mutant ne peut pas proliférer Mardi 22 janvier 2008 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 #2p987

Mutations cdc thermosensibles Mardi 22 janvier 2008 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 #2p987

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 Mardi 22 janvier 2008 Fig 17-5 #2p987

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 Mardi 22 janvier 2008 Fig 17-6 #2p987

2 - Études biochimiques chez l'embryon de grenouille Mardi 22 janvier 2008 2 - Études biochimiques chez l'embryon de grenouille Grosse taille (1 mm de diamètre chez Xenopus) 100 000 fois plus de cytoplasme qu'une cellule humaine #3p987

Fig 17-7 Œuf mature de Xenopus prêt à être fécondé #3p987 Mardi 22 janvier 2008 Œuf mature de Xenopus prêt à être fécondé Fig 17-7 #3p987

Fig 17-8 Croissance de l'ovocyte et clivage de l'oeuf de Xenopus clivage : division sans croissance Mardi 22 janvier 2008 Croissance de l ’ovocyte sans division pendant des mois pour donner l’œuf Une division sans croissance toutes les 30 minutes pour donner un têtard en 1 ou 2 jours. Synthèse uniquement d'ADN (+qq protéines) 212 cellules = 4096 cellules en 7 heures Fig 17-8 #3p988

Croissance et division cellulaire chez l'ovocyte de grenouille Mardi 22 janvier 2008 Croissance et division cellulaire chez l'ovocyte de grenouille Croissance sans division puis Division sans croissance 12 divisions = 212 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 #3p988

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 Mardi 22 janvier 2008 Fig 17-9 #3p988

3 - Études sur cellules de mammifères en culture Mardi 22 janvier 2008 3 - Études sur cellules de mammifères en culture Cultures en boites de plastic #4p988

Fig 17-10 Fibroblastes de rat au MEB Cultures en boites de plastic Mardi 22 janvier 2008 Fibroblastes de rat au MEB Cultures en boites de plastic Mais senescence et arrêt de cycle au bout de 25-40 divisions Lignées immortelles mais anormales Fig 17-10 #4p988

Mardi 22 janvier 2008 Suivi de la culture Comment savoir à quelle phase du cycle est une cellule ? Mitose : observation Cytocinèse : observation Phase S : 3H Thymidine : auto-radiographie BrdU (analogue de la thymidine) : AC anti BrdU #5p989

Fig 17-11 Marquage de cellules en phase S A - 3H Thymidine : auto-radiographie épithélium sensoriel de l'oreille interne de poulet B - BrdU : AC anti BrdU (BrdU 4 h) Mardi 22 janvier 2008 Fig 17-11 #5p989

(B and C) OPCs were pulsed with BrdU for 4 h before staining for Mardi 22 janvier 2008 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. The Journal of Cell Biology, Volume 148, Number 5, March 6, 2000 971-984 #5p989

Résultats dans culture à prolifération rapide et asynchrone Mardi 22 janvier 2008 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 #5p990

Fig 17-12 Cytomètre de flux Beaucoup de cellules Rapide Mardi 22 janvier 2008 Cytomètre de flux Beaucoup de cellules Rapide Durée de G1, S, G2+M sur une population synchrone Fig 17-12 #5p990

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