Mardi 22 janvier 2008 LE CYCLE CELLULAIRE.

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1 Mardi 22 janvier 2008 LE CYCLE CELLULAIRE

2 Medecine Science 2001, 17 (11), 1226

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

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

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 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 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 I - Survol du cycle cellulaire

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 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

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

16 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

17 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

18 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

19 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

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 Mardi 22 janvier 2008 #2p986 Fig 17-4

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 Mardi 22 janvier 2008 #2p986 Fig 17-4

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23 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

24 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

25 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

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 Mardi 22 janvier 2008 Fig 17-5 #2p987

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 Mardi 22 janvier 2008 Fig 17-6 #2p987

28 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) fois plus de cytoplasme qu'une cellule humaine #3p987

29 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

30 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

31 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

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33 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

34 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

35 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 divisions Lignées immortelles mais anormales Fig 17-10 #4p988

36 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

37 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

38 (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, #5p989

39 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

40 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

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