_3 -cycle cellulaire FMPE 2025.pptx.pdf

# Le cycle cellulaire et sa division Ce sujet explore le cycle cellulaire, son importance pour la croissance, les mécanismes de division et les pathologies associées à son dérèglement. ### 1.1 Introduction au cycle cellulaire Les organismes vivants dépendent de la fabrication de nouvelles cellules pour leur croissance. Le corps humain produit environ 300 millions de cellules par minute. Pendant sa vie, une cellule remplit diverses fonctions telles que la croissance, la décomposition des sucres, la création d'organites et de protéines, et finit éventuellement par se dégrader. La formation de nouvelles cellules, issue de la division cellulaire, est cruciale pour le développement et la modification des organismes, notamment lors de l'embryogenèse, pour la fabrication de nouveaux tissus comme la peau, les muscles et les os. La division cellulaire est un processus strictement contrôlé, et son altération peut entraîner des pathologies, comme la formation de cellules cancéreuses [2](#page=2). ### 1.2 Caractéristiques et régulation du cycle cellulaire Le cycle cellulaire est caractérisé par des activités de renouvellement cellulaire orchestrées par une "horloge interne". Il se déroule en phases harmonieuses et coordonnées, incluant le cycle chromosomique, centrosomique et centroplasmique [3](#page=3). Le cycle est finement régulé par des facteurs externes : * **Stimulation:** Les facteurs de croissance favorisent la progression du cycle [3](#page=3). * **Inhibition:** Le vieillissement cellulaire et l'apoptose (mort cellulaire programmée) agissent comme mécanismes d'inhibition [3](#page=3). Cependant, ce cycle peut devenir anarchique lors de la transformation cellulaire, menant à des dysfonctionnements [3](#page=3). ### 1.3 Phases du cycle cellulaire L'étude microscopique du cycle cellulaire permet de distinguer plusieurs phases : #### 1.3.1 Phase G1 (Gap 1) Cette phase est dédiée à la croissance de la cellule et représente la période la plus longue et la plus variable du cycle. Elle implique la préparation à la réplication de l'ADN, nécessitant la synthèse de protéines spécifiques [5](#page=5). #### 1.3.2 Phase S (Synthèse) La phase S est caractérisée par la réplication de la molécule d'ADN. De nombreuses enzymes sont nécessaires pour ce processus, telles que l'hélicase, la primase, la polymérase, et les histones [5](#page=5). #### 1.3.3 Phase G2 (Gap 2) Cette phase prépare la cellule à la mitose. La transition entre la phase G2 et la phase M (mitose) est particulièrement bien régulée, assurant que l'ADN a été parfaitement dupliqué [5](#page=5). #### 1.3.4 Phase M (Mitose) La phase M est marquée par la répartition équitable des molécules d'ADN et des chromosomes entre les cellules filles. Elle se subdivise en plusieurs étapes: prophase, métaphase, anaphase et télophase [5](#page=5). #### 1.3.5 Phase G0 (Quiescence) La phase G0 correspond à un état où les cellules différenciées sortent du cycle cellulaire et deviennent quiescentes. Ces cellules conservent la capacité de réintégrer le cycle si nécessaire, par exemple pour remplacer des cellules mortes ou réparer des lésions [5](#page=5). ### 1.4 Évaluation quantitative de l'ADN par cellule L'évaluation de la quantité d'ADN par cellule peut être réalisée par des techniques telles que l'incorporation de molécules fluorescentes (comme le BET) et la cytométrie en flux (CMF) [6](#page=6). ### 1.5 Régulation du cycle cellulaire La régulation du cycle cellulaire est un processus complexe impliquant des signaux internes et externes. Les signaux mitogènes stimulent la progression du cycle, tandis que la cytodiérèse (division du cytoplasme) achève le processus. Le schéma illustre l'interrelation entre les phases G1, S, G2, M et la phase G0, ainsi que l'influence des signaux mitogènes [7](#page=7). > **Tip:** Comprendre la régulation de chaque phase est essentiel, car les dérèglements sont souvent à l'origine de maladies comme le cancer. Les points de contrôle entre les phases (par exemple, G2/M) sont particulièrement critiques. --- # Régulation du cycle cellulaire La régulation du cycle cellulaire est un processus finement contrôlé impliquant l'interaction de facteurs de promotion, principalement des complexes cycline-kinases dépendantes des cyclines (CDK), afin d'assurer une progression ordonnée des phases cellulaires [9](#page=9). ### 2.1 Les facteurs de promotion du cycle cellulaire Les facteurs de promotion sont des hétérodimères constitués d'une sous-unité catalytique, la CDK, et d'une sous-unité régulatrice, la cycline. Leur activation résulte d'une complémentarité entre ces complexes protéiques "kinases" [9](#page=9). #### 2.1.1 Les cyclines Les cyclines sont des protéines dont la concentration varie au cours du cycle cellulaire et qui sont essentielles à la progression à travers les différentes phases [9](#page=9). * **Cyclines D:** Présentes en phase G1, dès la fin de la mitose [9](#page=9). * **Cycline E:** Atteint son pic en fin de phase G1 [9](#page=9). * **Cycline A:** Active en phases S et G2, indispensable à la réplication de l'ADN [9](#page=9). * **Cycline B:** Active en phases G2/M, indispensable à la mitose [9](#page=9). #### 2.1.2 Les kinases cycline-dépendantes (CDK) Les CDK sont des protéines dont la concentration reste constante tout au long du cycle cellulaire et qui possèdent une activité catalytique lorsqu'elles sont associées à des cyclines [10](#page=10). * **CDK4 et CDK6:** Jouent un rôle important en phase G1 [10](#page=10). * **CDK2:** Joue un rôle dans la phase S [10](#page=10). * **CDK1:** Joue un rôle dans la phase M [10](#page=10). > **Exemple:** La combinaison CDK4/Cycline D initie le passage de la phase G1 à la phase S. La combinaison CDK2/Cycline E assure le passage de G1 à S et la progression en phase S. La combinaison CDK2/Cycline A est impliquée dans la phase S, tandis que CDK1/Cycline A et CDK1/Cycline B régulent la transition vers la phase M et la mitose elle-même [12](#page=12). ### 2.2 Contrôle de l'activité des CDK L'activité des CDK est régulée par plusieurs mécanismes, notamment la dégradation des cyclines et l'action d'inhibiteurs [12](#page=12) [13](#page=13). #### 2.2.1 Phosphorylation des CDK Certaines kinases, comme CDK7 (complexe avec MAT1 et Cycline H), jouent un rôle dans l'activation des autres CDK par phosphorylation. Inversement, des kinases inhibitrices, telles que Wee1 et Myt1, phosphorylent et inactivent les CDK [13](#page=13) [16](#page=16). #### 2.2.2 Dégradation des cyclines La dégradation des cyclines par le protéasome est un mécanisme clé pour l'arrêt de l'activité des complexes CDK-cycline et la progression vers la phase suivante du cycle [12](#page=12). #### 2.2.3 Les inhibiteurs de CDK (CKI) Les inhibiteurs de CDK sont des protéines qui régulent l'arrêt du cycle cellulaire, particulièrement en phase G1 ou G0, en réponse à des lésions de l'ADN ou à des signaux anti-prolifératifs. Ils agissent en s'associant au complexe CDK-cycline, bloquant ainsi son activité [14](#page=14). Il existe deux familles principales d'inhibiteurs de CDK (CKI) : * **Famille INK4:** Comprend des protéines telles que p16INK4a, p15INK4b, p18INK4c, et p19INK4d. Ces inhibiteurs ciblent spécifiquement les complexes CDK4/6-cycline D [16](#page=16). * **Famille CIP/KIP:** Inclut des protéines comme p21WAF1/CIP1, p27KIP1, et p57KIP2. Ces inhibiteurs ciblent principalement les complexes CDK2-cycline E [16](#page=16). > **Note:** L'expression de p21 est induite par p53 en cas de lésion de l'ADN, tandis que celle de p27 est induite par le TGF-bêta [16](#page=16). > **Tip :** Comprendre le rôle des différents complexes cycline-CDK et de leurs régulateurs (activateurs et inhibiteurs) est fondamental pour appréhender les points de contrôle du cycle cellulaire, notamment ceux liés aux dommages de l'ADN. > **Exemple:** En présence de dommages à l'ADN, la protéine p53 induit la synthèse de p21. p21 vient alors se lier aux complexes CDK/cyclines, bloquant la progression du cycle et permettant la réparation de l'ADN [16](#page=16). Des voies de signalisation impliquant des kinases comme CHK1 et CHK2, ainsi que des phosphatases comme CDC25A, B, et C, participent également à la régulation fine de l'activité des CDK et à la transition entre les phases du cycle [13](#page=13) [15](#page=15). --- # Progression et terminaison du cycle cellulaire Cette section détaille les mécanismes d'activation, de progression et de terminaison du cycle cellulaire, en mettant l'accent sur le rôle des kinases dépendantes des cyclines (CDK) et la dégradation des cyclines. ### 3.1 Activation et progression du cycle cellulaire L'activation du cycle cellulaire est un processus finement régulé qui assure la progression ordonnée à travers les différentes phases [17](#page=17). #### 3.1.1 Rôle des CDK et des cyclines Les kinases dépendantes des cyclines (CDK) sont les moteurs du cycle cellulaire. Leur activité dépend de la liaison avec des protéines régulatrices appelées cyclines. La spécificité de l'action d'une CDK dépend de la cycline à laquelle elle est associée [19](#page=19). #### 3.1.2 Progression à travers les phases du cycle La progression dans le cycle cellulaire est marquée par des changements dans la composition des complexes CDK-cyclines, qui catalysent la phosphorylation de protéines cibles essentielles à la transition d'une phase à l'autre. Par exemple, la polymérisation des tubulines pour la formation des microtubules, processus crucial pour la mitose, est sous le contrôle de ces complexes. La transition du début à la fin de la mitose est notamment orchestrée par des complexes spécifiques tels que CDK1-cycline B [18](#page=18) [19](#page=19). ### 3.2 Dégradation des cyclines et terminaison du cycle La terminaison du cycle cellulaire, particulièrement la sortie de la mitose, est rendue possible par la dégradation contrôlée des cyclines [20](#page=20). #### 3.2.1 Le système ubiquitine-protéasome En l'absence d'activité des complexes CDK-cycline, ces dernières sont exclues du noyau. Elles subissent ensuite une modification par l'ajout d'ubiquitine, une petite protéine de 76 acides aminés. Cette ubiquitination marque les cyclines pour leur dégradation par le protéasome, un complexe protéolytique majeur dans la cellule. Ce processus est essentiel pour permettre à la cellule de passer à la phase suivante du cycle ou de terminer la division [20](#page=20). > **Tip:** La dégradation des cyclines par le système ubiquitine-protéasome est un point de contrôle critique du cycle cellulaire. Son dysfonctionnement peut entraîner des anomalies majeures, comme la prolifération incontrôlée des cellules cancéreuses. --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Cycle cellulaire | Séquence ordonnée d'événements qui se déroulent dans une cellule entre deux divisions successives, aboutissant à sa croissance et sa division en deux cellules filles. Il comprend généralement des phases de préparation (G1, S, G2) et de division (M). | | Phase G1 | Première phase de croissance du cycle cellulaire, durant laquelle la cellule synthétise des protéines et augmente sa taille en préparation de la réplication de l'ADN. C'est une phase variable en durée. | | Phase S | Phase du cycle cellulaire caractérisée par la réplication de l'ADN. Chaque chromosome est dupliqué pour former deux chromatides sœurs identiques. | | Phase G2 | Deuxième phase de croissance, suivant la réplication de l'ADN, durant laquelle la cellule termine sa préparation à la mitose, notamment en vérifiant l'intégrité du matériel génétique. | | Phase M | Phase de division cellulaire proprement dite, incluant la mitose (séparation des chromosomes) et la cytocinèse (division du cytoplasme), aboutissant à la formation de deux cellules filles. | | Phase G0 | État quiescent du cycle cellulaire où les cellules différenciées sortent du cycle pour une période indéterminée, sans se diviser. Elles peuvent réintégrer le cycle en cas de besoin de renouvellement ou de réparation. | | Réplication d'ADN | Processus biochimique par lequel une molécule d'ADN est copiée pour produire deux molécules d'ADN identiques, assurant la transmission fidèle de l'information génétique aux cellules filles. | | Mitose | Processus de division nucléaire au cours duquel les chromosomes duplicés sont séparés de manière égale entre deux noyaux fils. Elle est suivie par la division du cytoplasme (cytocinèse). | | Hélicase | Enzyme qui déroule la double hélice d'ADN en rompant les liaisons hydrogène entre les bases azotées, un processus essentiel à la réplication et à la transcription de l'ADN. | | Topoisomérase | Enzyme qui modifie le niveau de surenroulement de l'ADN en coupant et resoudant les brins, ce qui permet de relâcher la tension générée lors de la réplication ou de la transcription. | | Polymérase | Enzyme responsable de la synthèse des macromolécules (comme l'ADN ou l'ARN) en assemblant des monomères (nucléotides ou acides aminés) dans un ordre spécifique, souvent guidée par une matrice. | | Histones | Protéines basiques qui s'associent à l'ADN pour former la chromatine, l'unité structurale du chromosome. Elles jouent un rôle crucial dans le compactage de l'ADN. | | Centrosome | Organite cellulaire situé près du noyau qui joue un rôle majeur dans la division cellulaire en tant que centre organisateur des microtubules du fuseau mitotique. | | Cytodiérèse | Processus de division du cytoplasme d'une cellule mère en deux cellules filles après la mitose ou la méiose, complétant ainsi la reproduction cellulaire. | | Signaux mitogènes | Molécules extracellulaires (comme les facteurs de croissance) qui stimulent la division cellulaire en initiant la progression du cycle cellulaire, en particulier à travers la phase G1. | | Apoptose | Mort cellulaire programmée, un processus actif et régulé essentiel au développement normal et au maintien de l'homéostasie des tissus, caractérisé par des changements morphologiques spécifiques sans inflammation. | | Facteurs de promotion | Complexes protéiques composés de cyclines et de kinases dépendantes des cyclines (CDK) qui régulent la progression à travers les différentes phases du cycle cellulaire. | | Cyclines | Famille de protéines dont la concentration varie de manière cyclique au cours du cycle cellulaire, et qui sont essentielles pour activer les kinases dépendantes des cyclines (CDK) afin de faire progresser la cellule. | | Kinases dépendantes des cyclines (CDK) | Enzymes qui, une fois complexées avec des cyclines, catalysent la phosphorylation de protéines cibles, régulant ainsi les transitions entre les phases du cycle cellulaire. | | Inhibiteurs de CDK (CKI) | Protéines qui régulent négativement l'activité des CDK, soit en bloquant leur accès aux cyclines, soit en empêchant leur activité catalytique, servant de points de contrôle importants pour le cycle cellulaire. | | P53 | Un gène suppresseur de tumeur majeur qui agit comme un facteur de transcription. Il est activé par des lésions de l'ADN et peut induire l'arrêt du cycle cellulaire, la réparation de l'ADN, ou l'apoptose. | | Microtubules | Composants du cytosquelette qui sont des polymères de tubuline. Ils sont impliqués dans le transport intracellulaire, le maintien de la forme cellulaire et la formation du fuseau mitotique lors de la division cellulaire. | | Protéasome | Complexe protéique majeur responsable de la dégradation des protéines intracellulaires mal repliées, endommagées ou inutiles, souvent marquées par l'ubiquitine. | | Ubiquitine | Petite protéine qui, lorsqu'elle est attachée à une autre protéine, sert de signal pour sa dégradation par le protéasome ou pour d'autres fonctions cellulaires. |