LA MÉCANIQUE DE LA DIVISION CELLULAIRE Mercredi 30 janvier 2008 LA MÉCANIQUE DE LA DIVISION CELLULAIRE

Cycle cellulaire Interphase Phase M p1027 G1 S (ynthèse de l'ADN) G2 Mercredi 30 janvier 2008 Cycle cellulaire Interphase G1 S (ynthèse de l'ADN) G2 Phase M p1027

Phase M Mitose = division nucléaire Mercredi 30 janvier 2008 Phase M Mitose = division nucléaire Cytocinèse = division cytoplasmique p1027

Activées les unes après les autres pendant le cycle Mercredi 30 janvier 2008 Système de contrôle du cycle cellulaire = Cdk (Cyclin Dependant Kinase) Activées les unes après les autres pendant le cycle par les cyclines et phosphorylation / déphosphorylation Inactivées par des CKI (Cdk Inhibitory proteins) dégradation de la cycline p1027

M-Cdk = cascade de phosphorylation Mercredi 30 janvier 2008 M-Cdk = cascade de phosphorylation Condensation des chromosomes Fragmentation de l'enveloppe nucléaire Réorganisation du Golgi Réorganisation du réticulum endoplasmique Relâchement de l'adhésion cellulaire Réorganisation du cytosquelette p1027

APC (Anaphase Promoting Complex) Mercredi 30 janvier 2008 APC (Anaphase Promoting Complex) Dégrade des protéines spécifiques Inactive M-Cdk à la fin de la mitose p1027

Plan I - Vue générale de la phase M II - Mitose III - Cytocinèse p1027 Mercredi 30 janvier 2008 Plan I - Vue générale de la phase M II - Mitose III - Cytocinèse p1027

I - Vue générale de la phase M Mercredi 30 janvier 2008 I - Vue générale de la phase M p1028

Mercredi 30 janvier 2008 Finalité de la phase M Séparation et distribution* précise des chromosomes qui ont été répliqués pendant la phase S précédente *Distribution = ségrégation p1028

Mercredi 30 janvier 2008 Phase M du cycle cellulaire Fig 18-1 p1028

Les trois faits de la phase M Condensation des chromosomes phosphorylation de l’histone H1 Fuseau mitotique Anneau contractile actine plus myosine II

1 - Condensation des chromosomes

Mercredi 30 janvier 2008 Rôles des cohésines et condensines dans la configuration des chromosomes pour la ségrégation Un chromosome = deux chromatides sœur Deux chromatides sont maintenues par les cohésines Condensation des chromosomes X50 grâce aux condensines P1028#1

Rôle des condensines Activation de M-Cdk  Mercredi 30 janvier 2008 Rôle des condensines Activation de M-Cdk  Phosphorylation de condensine  Assemblage de condensine sur l'ADN  Condensation des chromosomes Condensine + ATP + ADN en tube  enroulement de l'ADN P1028#1

Mise en évidence de l'architecture interne du chromosome mitotique humain Microscopie confocale ADN en bleu Axe en rouge AC anti condensine Mercredi 30 janvier 2008 Fig 18-2 P1028#1 Charpente de chaque chromatide Aspect en hélice de la charpente

Structures des cohésines et condensines Mercredi 30 janvier 2008 Structures des cohésines et condensines Proches Fonctionnent ensemble Si mauvaise cohésion il y aura mauvaise condensation et mauvaise ségrégation Chez la levure : brutale dégradation des cohésines en anaphase  séparation des chromatides Chez les mammifères : la cohésine est libérée en début de mitose : il n'en reste qu'un peu en anaphase (mais suffisant pour maintenir la cohésion) P1029#1

Fig 18-3 P1029#1 Structure des cohésines et condensines Mercredi 30 janvier 2008 Structure des cohésines et condensines A - Domaine de liaison à l'ADN et à l'ATP à une extrémité, charnière à l'autre B - Cohésine C - Condensine Fig 18-3 P1029#1

Mercredi 30 janvier 2008 Figure 3. SMC proteins as an ATP-modulated DNA crosslinker. (A) A model of the BsSMC structure. The amino-terminal (N) and carboxy-terminal (C) domains of BsSMC contain the Walker A and B motifs, respectively. The antiparallel coiled– coil interaction of two SMC polypeptides brings the two motifs together, constituting an ATP-binding site (ATP) at each end of the molecule. The flexible hinge region allows BsSMC to make a scissoring action. Arrows indicate the N  C direction of the polypeptide (adapted from Melby et al. 1998). (B) Hypothetical interactions of SMC protein complexes and DNA. The SMC2– SMC4 (left) and SMC1–SMC3 (right) complexes may act as intramolecular and intermolecular DNA cross-linkers, respectively. For simplicity, the two SMC complexes are drawn as symmetrical structures with a flexible hinge. Hirano,T1999p11 P1029#1 Figure 3. SMC proteins as an ATP-modulated DNA crosslinker.(A) A model of the BsSMC structure. The amino-terminal (N) and carboxy-terminal (C) domains of BsSMC contain the Walker A and B motifs, respectively. The antiparallel coiled– coil interaction of two SMC polypeptides brings the two motifs together, constituting an ATP-binding site (ATP) at each end of the molecule. The flexible hinge region allows BsSMC to make a scissoring action. Arrows indicate the N ® C direction of the polypeptide (adapted from Melby et al. 1998). (B) Hypothetical interactions of SMC protein complexes and DNA. The SMC2– SMC4 (left) and SMC1–SMC3 (right) complexes may act as intramolecular and intermolecular DNA cross-linkers, respectively. For simplicity, the two SMC complexes are drawn as symmetrical structures with a flexible hinge.

2 - Les deux machines du cytosquelette en phase M

Fig 18-4 P1029#2 Les deux machines du cytosquelette en phase M Mercredi 30 janvier 2008 Les deux machines du cytosquelette en phase M Mitose : fuseau mitotique (Microtubules + protéines moteur ou pas) Cytocinèse : anneau contractile = actine + myosine (phramoplaste chez les plantes) Fig 18-4 P1029#2

Interphase Rien au microscope Augmentation de taille Mercredi 30 janvier 2008 Interphase Rien au microscope Augmentation de taille Dure  24 heures (mitose  1 heure) Deux événements préparatoires à la mitose : Réplication de l'ADN Duplication du centrosome P1030#3

La mitose précède toujours la cytocinèse : deux mécanismes Mercredi 30 janvier 2008 La mitose précède toujours la cytocinèse : deux mécanismes Des protéines d'activation de mitose inactivent la cytocinèse La région centrale du fuseau est nécessaire pour maintenir un anneau contractile fonctionnel. Il faut qu'il y ait une partie centrale au fuseau pour qu'il y ait un anneau contractile P1030#3

3 - Centrosome

Duplication du centrosome Mercredi 30 janvier 2008 Duplication du centrosome Aide à la formation des deux pôles du fuseau Permet que chaque cellule fille ait son centrosome Détermine le plan de division cytoplasmique P1030#4

Fig 18-4 Détermine le plan de division cytoplasmique P1029#2 Mercredi 30 janvier 2008 Détermine le plan de division cytoplasmique Fig 18-4 P1029#2

Mercredi 30 janvier 2008 Centrosome (rappel) Principal COMT (Centre Organisateur des MicroTubules) Matériel amorphe = matrice centrosomale = matériel péri-centriolaire + une paire de centriole Réseau radiaire de MT Extrémités + et – Contient -tubulin ring complex (nucléation) P1031#4

Centrosome Fig 16-24

-tubulin ring complex Fig 16-22

Centriole en ME

Cycle du centrosome = duplication puis séparation Interphase : duplication (comment ???) mais restent ensemble En début de phase M se scinde en deux Chaque paire de centriole devient un COMT Nuclée un faisceau radiaire de MT appelé aster

Fig 18-5(AB) Centrioles en phase S Mercredi 30 janvier 2008 Centrioles en phase S Centrosome dupliqué contenant deux paires de centrioles Fig 18-5(AB)

Mercredi 30 janvier 2008 Paire de centriole isolée : structure différente du centriole mère et fille mère : plus gros, plus complexe, peut seul nucléer des microtubules (via matrice) Fig 18-5(C)

Fig 18-6 Cycle de réplication du centriole P1031#4 Séparation Mercredi 30 janvier 2008 Cycle de réplication du centriole Séparation Croissance du centriole fille Fig 18-6 Matrice P1031#4

Mercredi 30 janvier 2008 Aster Faisceau de microtubules rayonnant à partir d'un COMT résultant de la duplication séparation d'un centrosome  deux asters Se déplacent de chaque côté du noyau Initient la formation des deux pôles du fuseau À la fragmentation de l'enveloppe nucléaire, capture des chromosomes par les microtubules du fuseau À la fin de la mitose, chaque cellule fille reçoit un centrosome P1032-3#4

Fig 18-7 Cycle du centrosome P1032#4 Mercredi 30 janvier 2008 Cycle du centrosome Paire de centriole dupliqué en interphase Duplication s'achève en G2 Complexe contenant 2 paires de centrioles plus la matrice Clivage en deux du complexe Nucléation de deux asters Déplacement des deux asters Fragmentation de l'enveloppe nucléaire Capture des chromosomes Fig 18-7 P1032#4

Mercredi 30 janvier 2008 Cycle du centrosome Le cycle du centrosome peut se dérouler même sans noyau Formation de 2, 4, 8… Vrai dans les cellules embryonnaires P1032#4

Mercredi 30 janvier 2008 Extraits d'ovocyte de Xenopus + noyau de spermatozoïde  nombreux cycles de duplication centrosomique G1/S CDK (cycline E + Cdk 2) Initie la réplication de l'ADN en phase S Stimule la duplication des centrosomes Fig 17-9 P1032#4

4 - Les 6 phases de la phase M

Les 6 phases de la phase M Mitose les chromosomes sont visiblement condensés : 5 étapes Prophase Prométaphase Métaphase Anaphase Télophase Cytocinèse : 1 étape

Mercredi 30 janvier 2008 Les 6 phases de la phase M Séquence dynamique avec de nombreux cycles indépendants Chromosomes Cytosquelette Centrosomes Tout doit être coordonné pour former deux cellules identiques

Grandes étapes Prophase : condensation des chromosomes répliqués Prométaphase : fragmentation de l'enveloppe nucléaire Métaphase : alignement des chromosomes Anaphase : ségrégation vers les pôles du fuseau Télophase : reformation de l'enveloppe nucléaire

Fig 18-8 Déroulement de la mitose dans une cellule animale typique Mercredi 30 janvier 2008 Déroulement de la mitose dans une cellule animale typique Interphase : le centrosome n'est pas visible Prophase précoce : le centrosome contient deux paires de centriole Prophase tardive : le centrosome se divise et on voit deux asters Prométaphase : les MT peuvent agir avec les chromosomes Fig 18-8

Fig 18-8 Déroulement de la mitose dans une cellule animale typique Mercredi 30 janvier 2008 Déroulement de la mitose dans une cellule animale typique Métaphase : Structure bipolaire du fuseau et chromosomes alignés Anaphase précoce : séparation synchrone des chromatides sœur Anaphase tardive : les pôles se sont séparés Télophase : reformation des deux noyaux, la cytocinèse est presque terminée (persistance du mid-body) Fig 18-8

Panel 18-1 Division et cycle cellulaire

Panel 18-1 Interphase

Panel 18-1 Prophase et prométaphase

Panel 18-1 Métaphase et anaphase

Panel 18-1 Télophase et cytocinèse

Fig 18-9 Déroulement de la mitose dans une cellule végétale typique Mercredi 30 janvier 2008 Déroulement de la mitose dans une cellule végétale typique Microscopie optique en contrast interférentiel Très gros chromosomes prophase métaphase Fig 18-9

Fig 18-9 Déroulement de la mitose dans une cellule végétale typique Mercredi 30 janvier 2008 Déroulement de la mitose dans une cellule végétale typique E - Anaphase F - Télophase G - Cytocinèse H - Cytocinèse Fig 18-9