Mardi 23 janvier 2007 LE CYCLE CELLULAIRE

II - Constitution du système de contrôle du cycle cellulaire Mardi 23 janvier 2007 II - Constitution du système de contrôle du cycle cellulaire p990

Historique Pendant des années Actuellement ballet de marionnettes Mardi 23 janvier 2007 Pendant des années ballet de marionnettes synthèse de l'ADN mitose pas de systèmes de contrôle spécifique boite noire Actuellement identification de protéines qui contrôlent le cycle séparé du contrôle de la synthèse de l'ADN, mitose, ségrégation, etc … p990

Lave-linge automatique Mardi 23 janvier 2007 Lave-linge automatique Arrivée d'eau Arrivée de la poudre Chauffage Lavage Pompage Essorage (court) Rinçage Essorage (long) + pompage #1p990

Cycle cellulaire Synthèse d'ADN Mitose etc … #1p990 Mardi 23 janvier 2007 Cycle cellulaire Synthèse d'ADN Mitose etc … #1p990

Mardi 23 janvier 2007 Déclenchement Programmateur central qui déclenche les étapes en tournant Fig 17-13 #1p990

Composants du système de contrôle Mardi 23 janvier 2007 Composants du système de contrôle Une horloge fixant la durée de chaque étape Un mécanisme pour déclencher les étapes dans le bon ordre Un mécanisme pour que chaque étape ne survienne qu'une seule fois Chaque étape réalisée entièrement et de façon irréversible Robustesse du mécanisme même si la cellule est en difficulté Adaptabilité à l'environnement #1p991

Les points de contrôle Lave linge Cycle cellulaire Mardi 23 janvier 2007 Les points de contrôle Lave linge Niveau de l'eau (haut ou bas) Température de l'eau Cycle cellulaire Achèvement de la synthèse d'ADN Attachement des chromosomes au fuseau Retarde la progression à l'étape suivante Évite le désastre #2p991

Fig 17-14 Points de contrôle Les points de contrôle Mardi 23 janvier 2007 Points de contrôle Les points de contrôle Arrêt du cycle si les conditions ne sont pas remplies Existence de signaux extra cellulaires Fig 17-14 #2p992

Nature du signal : positif ou négatif ? Mardi 23 janvier 2007 Nature du signal : positif ou négatif ? Signal intracellulaire négatif plutôt que suppression de signal positif Exemple de l'attachement des chromosomes à l'anaphase soit chaque chromosome attaché envoie un signal positif et l'anaphase se fait quand tous les signaux sont reçus (faux) soit chaque chromosome non attaché envoie un signal négatif qui inhibe la suite demandant d'attendre (vrai) Exemple de la réplication de l'ADN L'ADN non répliqué inhibe l'entrée en mitose Exemple de l'inactivation des points de contrôle par mutation n'empêche pas le cycle de progresser #3p992

Les Cdks (Cyclin-dependant kinases) Mardi 23 janvier 2007 Les Cdks (Cyclin-dependant kinases) Kinases dont l'activité oscille au cours du cycle cellulaire Phosphorylent les protéines cellulaires qui régulent les événements du cycle (réplication de l'ADN, mitose, cytodiérèse, ... ) Contrôlées par de nombreuses protéines dont les cyclines #4p993

Mardi 23 janvier 2007 Les deux composants clé du système de contrôle du cycle cellulaire cycline Cdk (inactive sans cycline) Fig 17-15 #4p993

Mardi 23 janvier 2007 Les cyclines Cycle de synthèse dégradation au cours du cycle cellulaire Le taux de Cdk est constant #4p993

Fig 17-16 Schéma du système de contrôle du cycle cellulaire Mardi 23 janvier 2007 Schéma du système de contrôle du cycle cellulaire l'action de Cdk se termine par la dégradation de la cycline exemple de deux cyclines S-cycline M-cycline Fig 17-16 #4p993

Les 4 classes de cycline Mardi 23 janvier 2007 En fonction de l'étape du cycle où elles se lient à Cdk 3 classes se retrouvent dans tous les eucaryotes cyclines G1/S : lient Cdk à la fin de G1 et engagent la cellule à répliquer l'ADN cyclines S : lient Cdk pendant la phase S, nécessaire à l’initiation de la réplication de l'ADN cyclines M : promeuvent la mitose G1-cyclines : permettent le passage du point start ou de restriction en G1 tardif #4p994

Mardi 23 janvier 2007 Les principales cyclines et Cdks des vertébrés et des levures bourgeonnantes Table 17-1 #4p994 Chez la levure, une seule Cdk se lie à toutes les cyclines et dirige tous les événements du cycle cellulaire Chez les vertébrés il y a 4 Cdks (1,2,4,6)

Comment le complexe cycline-Cdk agit-il dans la cellule ? Mardi 23 janvier 2007 Comment le complexe cycline-Cdk agit-il dans la cellule ? La cycline dirige le complexe vers sa cible L'accessibilité des substrats n'est pas la même pendant toute la durée du cycle #4p994

Fig 17-17 Base structurale de l'activation de Cdk A. Cdk2 humain inactif à cause de la boucle T qui bloque le site actif B. Activation partielle grâce à la libération partielle du site actif par la sortie partielle de la boucle T C. Activation complète de Cdk2 par phosphorylation grâce à Cdk Activating Kinase (CAK) Mardi 23 janvier 2007 Fig 17-17 #4p994-995

Régulation de Cdk (inhibition) Les taux de cycline (le plus important) Contrôle plus fin Phosphorylation / dé-phosphorylation inhibitrice Protéines inhibitrices : Cdk inhibitor proteins (CKI) Protéolyse cyclique des cyclines Rôle de la transcription dans la régulation du cycle

Régulation fine de Cdk : 1 - phosphorylation inhibitrice Mardi 23 janvier 2007 Régulation fine de Cdk : 1 - phosphorylation inhibitrice Inhibition par phosphorylation de 2 acides aminés au-dessus du site actif grâce à un protéine kinase appelée Wee1 Activation par déphosphorylation de ces 2 acides aminés au-dessus du site actif grâce à une phosphatase appelée Cdc25 (cf infra pour l'activité M-Cdk à l'entrée en mitose) #5p995

Mardi 23 janvier 2007 Régulation fine de l'activité de Cdk par phosphorylation inhibitrice 2 (s) Un seul site P est représenté Fig 17-18 #5p995 Wee 1 inhibe Cdc 25 active Ajouté par Cdk activating kinase (CAK)

Régulation fine de Cdk : 2 - protéines inhibitrices Mardi 23 janvier 2007 Régulation fine de Cdk : 2 - protéines inhibitrices Protéines inhibitrices de Cdk "Cdk inhibitor proteins" (CKIs) Agissent sur le site actif de Cdk #5p995

Mardi 23 janvier 2007 Inhibition du complexe cycline A - Cdk2 humain par une CKI (p27) Fig 17-19 #5p995

3 - Protéolyse cyclique des cyclines Mardi 23 janvier 2007 3 - Protéolyse cyclique des cyclines Les complexes cycline-Cdk sont inactivés par protéolyse de la cycline (pas de cdk !) Mécanisme d'ubiquitinylation fixation (spécifique) de nombreuses copies d'ubiquitine (ubiquitine ligases +++) destruction dans les protéasomes SUMO… #6p995

Ubiquitine ligases Les deux plus importantes : Mardi 23 janvier 2007 Ubiquitine ligases Les deux plus importantes : Complexe SCF (Skp1–Cul1–FBP [F box protein]) APC (anaphase promoting complex) #6p995

Complexe SCF Ubiquitinylation et destruction des cyclines G1/S Mardi 23 janvier 2007 Complexe SCF Ubiquitinylation et destruction des cyclines G1/S et certaines CKI (Cdk inhibitor proteins) Activité constante pendant le cycle Contrôlé par les modifications d'état de phosphorylation des protéines cibles #6p995

Fig 17-20(A) Contrôle de la protéolyse de CKI par SCF Mardi 23 janvier 2007 Contrôle de la protéolyse de CKI par SCF SCF est toujours active Mais ne reconnaît la protéine que si elle est phosphorylée Fig 17-20(A) #6p995

2 . APC (anaphase promoting complex) Mardi 23 janvier 2007 2 . APC (anaphase promoting complex) En phase M Ubiquitinylation et destruction des cyclines M Change au cours du cycle #6p995

Mardi 23 janvier 2007 Ubiquitinylation de la cycline M par APC (anaphase promoting complex) Fig 17-20(B) #6p995

4 - Rôle de la transcription dans la régulation du cycle cellulaire Mardi 23 janvier 2007 4 - Rôle de la transcription dans la régulation du cycle cellulaire Dans les cellules embryonnaires de grenouille, il n'y a pas de transcription : régulation post-transcriptionnelle uniquement phosphorylation de Cdk liaison aux cyclines protéolyse de ces mêmes cyclines Dans d'autres types de cellules (protéolyse des cyclines) mais en plus… synthèse de cyclines Application des DNA array (chez la levure) modification de l'expression des gènes pendant le cycle 10 % (!) des gènes codent pour des ARNm dont le niveau change pendant le cycle #7p996