Hoja de repaso: Organisation du cytosquelette et division cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Composition et fonctions principales du cytosquelette
2. Microfilaments d’actine : structure, polymérisation et rôle dans la morphologie cellulaire
3. Organisation des microtubules : structure, centrosome et moteurs moléculaires
4. Filaments intermédiaires : assemblage et caractéristiques
5. Mécanismes moléculaires de la contraction musculaire : myosine II et cycle d’hydrolyse de l’ATP
6. Régulation du cycle cellulaire : phases, complexes cycline-CDK et points de contrôle
7. Duplication du centrosome et formation du fuseau mitotique
8. Phases de la mitose : condensation chromosomique, formation et fonction du fuseau mitotique
9. Mécanismes d’attachement des chromosomes au fuseau via les kinétochores et séparation en anaphase
10. Cytocinèse chez les cellules animales et végétales : anneau contractile et phragmoplaste
11. Surveillance du cycle cellulaire : inhibiteurs de CDK, protéine p53 et checkpoints
12. Variations et dérégulations du cycle cellulaire : mitoses sans cytocinèse, asymétrie et anomalies centrosomiques

📖 1. Composition et fonctions principales du cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Les microfilaments d’actine (8 nm) : Structures du cytosquelette formées par la polymérisation d’une protéine globulaire liant l’ATP, avec un diamètre de 8 nm.
• Les microtubules de tubuline (25 nm) : Structures du cytosquelette formées par la polymérisation d’une protéine globulaire hétérodimérique liant le GTP, avec un diamètre de 25 nm.
• Les filaments intermédiaires (10 nm) : Structures du cytosquelette constituées par l’assemblage de protéines fibreuses, avec un diamètre de 10 nm.

📝 Points essentiels

• La morphologie cellulaire dépend du cytosquelette, et les changements dynamiques de forme résultent d’une variation contrôlée de son état de polymérisation.
• HAV204V Biochimie et Biologie moléculaire de la Cellule 2 Simon Descamps Nelly Godefroy Anne-Sophie Gosselin-Grenet Biologie moléculaire de la Cellule : 4 CM 2 TD 2 TP HAV201V 1 Plan de l’UE 2 I. Bioénergétique A. Mitochondrie (CM1) B. Chloroplaste (CM2) II. Cytosquelette (CM3) III. Cycle cellulaire (CM4) III. Cytosquelette 1 Introduction / Rappels 2 Protéines du cytosquelette & contraction musculaire De la fibre … aux myofibrilles … et aux sarcomères Cycle d’hydrolyse de l’ATP et fonctionnement de la myosine 3 Microtubules Microtubules & organisation de l’espace cellulaire Microtubules centrosome & moteurs moléculaires III. Cytosquelette 1 Introduction / Rappels 2 Protéines du cytosquelette & contraction musculaire De la fibre … aux myofibrilles … et aux sarcomères Cycle d’hydrolyse de l’ATP et fonctionnement de la myosine 3 Microtubules Microtubules & organisation de l’espace cellulaire Microtubules centrosome & moteurs moléculaires L E C Y T O S Q U E L E T T E 1. Les microfilaments d’actine (8 nm): Polymérisation d’une protéine globulaire liant l’ATP 2. Les microtubules de tubuline (25 nm): Polymérisation d’une protéine globulaire hétérodimérique liant le GTP 3. Les filaments intermédiaires (10 nm): assemblage de protéines fibreuses 5 Le cytosquelette est responsable de la morphologie cellulaire Microvillosités membranaires des cellules épithéliales digestives 6 La variation contrôlée de l’état de polymérisation du cytosquelette est responsable des changements dynamiques de morphologie cellulaire Polymérisation: associations non covalentes de n unités protéiques 7 III. Cytosquelette 1 Introduction / Rappels 2 Protéines du cytosquelette & contraction musculaire De la fibre … aux myofibrilles … et aux sarcomères Cycle d’hydrolyse de l’ATP et fonctionnement de la myosine 3 Microtubules Microtubules & organisation de l’espace cellulaire Microtubules centrosome & moteurs moléculaires Le tissu musculaire Une fibre musculaire: un syncytium (cellule multinuclée) organisé en myofibrilles ….

💡 À retenir

Le cytosquelette est un réseau protéique polymérisé qui détermine la morphologie cellulaire. Ses principaux éléments se distinguent par leur diamètre, leur composition et leur mode d’assemblage.

📖 2. Microfilaments d’actine : structure, polymérisation et rôle dans la morphologie cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Actine G (globulaire) : Forme globulaire de l’actine qui lie l’ATP et sert de monomère pour la formation des microfilaments polarisés.
• Morphologie cellulaire : Aspect et forme d’une cellule, déterminés par la variation contrôlée de l’état de polymérisation du cytosquelette.
• Tête de myosine : Partie active de la myosine II capable d’interagir avec des filaments d’actine de polarité inverse pour générer une force contractile.

📝 Points essentiels

• Les microfilaments d’actine sont des polymères polarisés d’actine globulaire liant l’ATP, avec une dynamique de polymérisation/dépolymérisation régulée.
• La polymérisation des microfilaments d’actine repose sur des liaisons non covalentes et est responsable des changements dynamiques de la forme cellulaire.

💡 À retenir

Les microfilaments d’actine, formés par la polymérisation ATP-dépendante d’actine globulaire en filaments polarisés, jouent un rôle fondamental dans la dynamique et la morphologie cellulaire.

📖 3. Organisation des microtubules : structure, centrosome et moteurs moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure : Organisation polarisée des microtubules constitués de polymères de tubuline liant le GTP, caractérisée par des liaisons non covalentes et une dynamique de polymérisation et dépolymérisation.
• Moteurs moléculaires : Protéines qui transportent des cargos biologiques le long des microtubules en utilisant leur capacité motrice.

📝 Points essentiels

• Le centrosome est le centre organisateur des microtubules et organise spatialement les microtubules dans la cellule.
• Le centrosome contient deux centrioles, notés mère et fille, ainsi qu’une matrice péricentriolaire.
• Dynéines et kinésines transportent des cargos biologiques le long des microtubules.
• Dynéines et kinésines sont des moteurs moléculaires polarisés.

💡 À retenir

Le centrosome est le centre organisateur des microtubules et organise spatialement les microtubules dans la cellule.

📖 4. Filaments intermédiaires : assemblage et caractéristiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Processus unidirectionnel de vie d’une cellule qui comprend l’interphase, divisée en phases G1, S et G2, et la mitose, phase M où une cellule mère se divise en deux cellules filles génétiquement identiques.
• Cargos biologiques le long : Structures biologiques transportées par des moteurs moléculaires polarisés, tels que les dynéines et kinésines, le long des microtubules.

📝 Points essentiels

• Les filaments intermédiaires confèrent une résistance mécanique et une stabilité structurelle aux cellules.
• Les filaments intermédiaires sont constitués d’assemblages de protéines fibreuses, distincts des microfilaments et microtubules par leur structure et diamètre intermédiaire.

💡 À retenir

Les filaments intermédiaires confèrent une résistance mécanique et une stabilité structurelle aux cellules.

📖 5. Mécanismes moléculaires de la contraction musculaire : myosine II et cycle d’hydrolyse de l’ATP

🔑 Notions clés & Définitions

• Myosine II : Protéine motrice formant des filaments épais organisés en structures tête-bêche dont les têtes actives interagissent avec les filaments d’actine pour provoquer leur rapprochement lors de la contraction musculaire.
• Sarcomère : Unité contractile du muscle organisée en bandes sombres correspondant aux filaments épais de myosine et en bandes claires correspondant aux filaments fins d’actine.
• Protéines du cytosquelette & contraction musculaire : Ensemble des protéines du cytosquelette impliquées dans la contraction musculaire, notamment l’actine et la myosine, qui interagissent pour rapprocher les filaments et provoquer la contraction.

📝 Points essentiels

• Les têtes actives de myosine travaillent dans deux directions opposées sur deux populations de filaments d’actine de polarité inverse, ce qui provoque leur rapprochement.
• La contraction musculaire résulte de l’action conjointe de l’actine et de la myosine.

💡 À retenir

La contraction musculaire repose sur l’interaction de la myosine II avec l’actine. Dans le sarcomère, le cycle d’hydrolyse de l’ATP permet aux têtes de myosine de produire un mouvement mécanique qui rapproche les filaments.

📖 6. Régulation du cycle cellulaire : phases, complexes cycline-CDK et points de contrôle

🔑 Notions clés & Définitions

• Phases : Étapes successives du cycle cellulaire comprenant l’interphase (G1, S, G2) et la mitose (phase M), organisées de manière unidirectionnelle.
• Complexes cycline-CDK : Chez les eucaryotes supérieurs il y a autant de complexes cycline-CDK que d’étapes du cycle à contrôler.

📝 Points essentiels

• Le cycle cellulaire est unidirectionnel et comprend l’interphase (G1, S, G2) et la mitose (phase M).
• La progression dans le cycle dépend de complexes cycline-CDK spécifiques à chaque phase, dont le MPF est un exemple clé.
• La dégradation cyclique des cyclines assure l’irréversibilité de la progression du cycle cellulaire.

💡 À retenir

La régulation temporelle du cycle cellulaire repose sur des complexes cycline-CDK spécifiques à chaque phase, dont la formation et la dégradation cyclique des cyclines garantissent une progression unidirectionnelle et irréversible.

📖 7. Duplication du centrosome et formation du fuseau mitotique

🔑 Notions clés & Définitions

• Fuseau mitotique : Assemblage bipolaire de microtubules organisé par les centrosomes matures lors de la mitose, permettant la séparation des chromosomes en deux lots identiques.

📝 Points essentiels

• La duplication du centrosome débute à la transition G1/S et est couplée au cycle de réplication de l’ADN.
• Le centrosome joue un rôle crucial dans le contrôle de la ploïdie des cellules filles via la formation correcte du fuseau.

💡 À retenir

Le centrosome, dont la duplication commence à la transition G1/S, est essentiel pour organiser le fuseau mitotique bipolaire lors de la mitose, garantissant ainsi une division cellulaire fidèle et le maintien de la ploïdie des cellules filles.

📖 8. Phases de la mitose : condensation chromosomique, formation et fonction du fuseau mitotique

🔑 Notions clés & Définitions

• Enveloppe nucléaire : Double membrane entourant le noyau, qui se rompt en début de mitose et se reforme en télophase après la décondensation de la chromatine.
• Cytocinèse : Chez les végétaux, formation d’un phragmoplaste médian sans étranglement.

📝 Points essentiels

• La prophase est caractérisée par la condensation des chromosomes et la formation du fuseau mitotique.
• Le fuseau mitotique est constitué de trois classes de microtubules dynamiques assurant la séparation des chromosomes.
• La métaphase correspond à l’alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale, suivi de la télophase avec décondensation chromosomique et reformation de l’enveloppe nucléaire.

💡 À retenir

La métaphase correspond à l’alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale, suivi de la télophase avec décondensation chromosomique et reformation de l’enveloppe nucléaire.

📖 9. Mécanismes d’attachement des chromosomes au fuseau via les kinétochores et séparation en anaphase

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromosomes métaphasiques Attachement aux microtubules : Organisation des chromosomes en métaphase sur le fuseau grâce à leurs kinétochores, qui assurent leur liaison aux microtubules.
• Pendant l’anaphase : Phase de la mitose au cours de laquelle les chromatides migrent vers les pôles, avec allongement du fuseau de division et séparation des chromosomes.
• Kinesine 5 se dépace vers : Protéine motrice de type kinésine 5 qui se déplace vers l’extrémité positive des microtubules.

📝 Points essentiels

• Les kinétochores sont des complexes macromoléculaires situés au niveau des régions centromériques des chromosomes mitotiques et ils attachent la chromatide aux microtubules.
• Pendant l’anaphase, la séparation des chromatides sœurs s’accompagne d’une migration polaire des chromatides et d’un allongement du fuseau de division.
• La séparation des chromosomes pendant l’anaphase repose sur le raccourcissement des microtubules kinétochoriens, l’élongation et le glissement des microtubules interpolaires, ainsi que la traction exercée par les microtubules astraux.
• Le glissement relatif des doublets de microtubules les uns par rapport aux autres est assuré grâce à des protéines motrices de type dynéines.

💡 À retenir

Les chromosomes s’alignent sur le fuseau grâce à leurs kinétochores, puis se séparent en anaphase par le dynamisme coordonné des microtubules. Le raccourcissement des microtubules kinétochoriens et le glissement des microtubules interpolaires participent à cette ségrégation.

📖 10. Cytocinèse chez les cellules animales et végétales : anneau contractile et phragmoplaste

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytocinèse : Processus final de la division cellulaire qui sépare physiquement la cellule mère en deux cellules filles distinctes.
• Bande préprophasique : Réseau ordonné de microtubules spécifique aux plantes, organisé à l’emplacement où sera déposée la nouvelle couche de paroi cellulaire séparant les deux cellules filles.
• Anneau contractile : Structure intracellulaire transitoire composée de microfilaments d’actine associés à des molécules de myosine II, responsable de la formation du sillon de division chez les cellules animales.

📝 Points essentiels

• Chez les animaux, un sillon de division sépare la cellule en deux sous l’action d’un anneau contractile transitoire d’actine associé à la myosine II.
• Chez les plantes, la bande préprophasique correspond à un réseau ordonné de microtubules qui se met en place là où sera déposée la couche de paroi séparant les deux cellules filles.

💡 À retenir

Chez les animaux, un sillon de division sépare la cellule en deux sous l’action d’un anneau contractile transitoire d’actine associé à la myosine II.

📖 11. Surveillance du cycle cellulaire : inhibiteurs de CDK, protéine p53 et checkpoints

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Processus de division cellulaire régulé par l’activité des complexes CDK/cyclines, sous contrôle d’inhibiteurs et de points de contrôle assurant l’intégrité génomique.

📝 Points essentiels

• Les checkpoints mentionnés incluent l’arrêt en G1 pour ADN endommagé, en G2 pour ADN endommagé, en S pour ADN mal répliqué et en M pour fuseau mitotique mal formé.
• Les inhibiteurs de CDK (familles KIP/CIP et INK4) régulent négativement l’activité des complexes cycline-CDK.

💡 À retenir

L’activité des complexes CDK/cyclines est sous le contrôle d’inhibiteurs et sous la surveillance de p53, qui s’élève en cas d’ADN endommagé et bloque le cycle en G1 et G2. Les checkpoints arrêtent aussi la progression si l’ADN est altéré ou si le fuseau mitotique est mal formé.

📖 12. Variations et dérégulations du cycle cellulaire : mitoses sans cytocinèse, asymétrie et anomalies centrosomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Amplification des centrosomes : Anomalie du centrosome caractérisée par un nombre anormal de centrosomes, à l’origine d’une formation anormale du fuseau mitotique ou d’un défaut de cytokinèse et conduisant généralement à une aneuploïdie.
• Cycle cellulaire : Ensemble des étapes de division dont la régulation varie selon l’espèce, l’organe et le stade de développement, avec des cas particuliers de mitose sans cytocinèse ou de division asymétrique.

📝 Points essentiels

• Dans l’embryon de drosophile, une mitose peut se produire sans cytocinèse, ce qui forme d’abord un syncytium puis une individualisation cellulaire.
• Les 13 premières divisions de l’embryon de drosophile se déroulent sans cytocinèse, ce qui accélère les premiers stades du développement.
• Lors d’une division asymétrique, une cellule mère produit deux cellules filles de tailles différentes et au contenu cytoplasmique différent.
• La division asymétrique entraîne une ségrégation de déterminants de destin cellulaire, ce qui influence le devenir des cellules filles.
• Un nombre anormal de centrosomes provoque généralement une aneuploïdie et est souvent observé dans les cellules tumorales.

💡 À retenir

Dans l’embryon de drosophile, une mitose peut se produire sans cytocinèse, ce qui forme d’abord un syncytium puis une individualisation cellulaire.

🧩 Compléments de couverture

1. Les disques Z démarquent les sarcomères les uns des autres Les bandes sombres (denses aux électrons) indiquent la présence des filaments épais de myosine (Les bandes claires ne comportent que des filaments fins
2. Myosine II: myosine musculaire (mais pas que…) + + - - Grâce à leurs queues ‘superenroulées’, Les molécules de myosine II s’organisent en filaments tête-bêches
3. Microtubules : des structures polarisées (13) 20 Liaisons non covalentes + polarité + GTP polymérisation/dépolymérisation dynamiques Le centrosome : centre organisateur des microtubules (MTOC) 21 C et C’ : 2 centrioles (mère/fille) PC : mat
4. C’ : 2 centrioles (mère/fille) PC : matrice péricentriolaire MT : microtubules 22 Le centrosome : centre organisateur des microtubules (MTOC) L’ajout de tubuline à une préparation purifiée de centrosomes conduit à la
5. IV. Cycle et Division Cellulaire 1 Progression et régulation du cycle cellulaire 2 Les phases du cycle cellulaire 3 La mitose 4 Cas particuliers et dérégulation du cycle cellulaire IV
6. M) qui permet la séparation physique d’une cellule mère en 2 cellules filles génétiquement identiques L’interphase comprend 3 phases: G1, S et G2 30 31 La mitose correspond à la période du cycle (phase M) qui permet la séparation physique d
7. Durée: la plus longue et la plus variable La progression en G1 est contrôlée par le point de restriction et le point de contrôle des lésions de l’ADN en G1 Phase G1 35 Phase de REPLICATION de l’ADN parental Il existe de nombreuses séquences
8. ADN : DAPI, HŒSCHT ou Iodure de propidium 1- Introduction Les variations du contenu nucléaire en ADN Permettent de connaître la répartition des cellules dans les différentes phases du cycle cellulaire Débute dès que la réplication est achev
9. ycle cellulaire, les centrioles se répliquent pour établir le fuseau mitotique La duplication du centrosome débute à la transition G1/S À la mitose, les deux centrosomes sont matures, ont acquis le maximum de
10. Cycle et Division Cellulaire 1 Progression et régulation du cycle cellulaire 2 Les phases du cycle cellulaire 3 La mitose 4 Cas particuliers et dérégulation du cycle cellulaire 42 Les différentes phases de la mitose Condensation des chromos
11. Dès la sortie d’interphase, les microtubules deviennent extrêmement labiles, ce qui facilite leur réorganisation Kinesine 5 se dépace vers le (+) Kinesine 5 se dépace vers le (+) Déplacement du microtubule Déplacement du microtubule Le glis
12. Migration polaire des chromatides Allongement du fuseau de division 49 Le fuseau mitotique : principales forces permettant la séparation des chromosomes pendant l’anaphase Les chromatides se séparent grâce au dynamisme
13. Cytocinèse : chez les animaux, formation d’un anneau contractile de microfilaments d’actine associés à la myosine II qui par étranglement forme un sillon de division du cytoplasme
14. II. L'actine et la myosine sont deux des molécules responsables de la contraction musculaire
15. E. coli Localisation de FtsZ sur l’anneau de clivage lors de la division des chloroplastes d’algues rouges La protéine FtsZ participe à l’orchestration de la division cellulaire Structure de l’enveloppe nucléaire Enveloppe nucléaire Réticul
16. MPF – mitotique) Répartition des organites entre les futures cellules filles Fragmentation de l’appareil de Golgi en mitose ADN Microtubules Appareil de Golgi localisation aux pôles du fuseau Répartition des organites entre les futures cell
17. la régulation du cycle cellulaire Selon l’espèce, l’organe, le stade de développement… Une mitose peut se produire sans cytocinèse Dans l’embryon de drosophile => 13 premières divisions se déroulent sans cytocinèse
18. 2002, 2:815-825 Les mécanismes d’amplification des centrosomes La présence d’anomalies du centrosome provoque une aneuploïdie par anomalie de formation du fuseau mitotique ou par défaut de cytokinèse Le centrosome et les centrioles sont ess
19. CKI => arrêt du cycle cellulaire Cdk Cln Deux familles dans les cellules animales -> Famille KIP/CIP Exemples : p21, p27 [p27] élevée en G0 Responsable inhibition de contact Complexes hétérotrimériques Inhibiteurs Cdk en phase G1/S et S Cdk
20. la famille des KIP/CIP) L’activité des complexes CDK/cyclines est sous le contrôle d’inhibiteurs et sous la surveillance du gardien du génome : la protéine p53 Trieur de cellules fluorescentes FACS
21. s phases du cycle cellulaire Intensité de la fluorescence Nombre de Cellules Analyse du cycle cellulaire ADN marqué à l’iodure de propidium G0/G1 G2/M S Les variations du contenu nucléaire en ADN Permettent de
22. FITC-labeled cells One Parameter Histogram Red Fluorescence Intensity Green Fluorescence Intensity Two Parameter Histogram Données obtenues On peut aussi marquer les cellules en utilisant : - des anticorps couplés à des fluorochromes, - des
23. Cycle et Division Cellulaire 1 Progression et régulation du cycle cellulaire 2 Les phases du cycle cellulaire 3 La mitose 4 Cas particuliers et dérégulation du cycle cellulaire Après M, la cellule peut entrer en: 1. Phase G1 pour un nouveau
24. 1. Phase G0 (sortie du cycle): de quiescence et/ou de différenciation post- mitotique (entérocyte, cardiomyocyte, neurone…) Durée: la plus longue et la plus variable La progression en G1 est contrôlée par le point de restriction et le point

📊 Tableaux de Synthèse

Cytosquelette : principaux éléments

Élément	Structure	Rôle principal
Microfilaments d’actine	Polymérisation d’une protéine globulaire liant l’ATP, diamètre 8 nm	Morphologie cellulaire et contraction musculaire
Microtubules de tubuline	Polymérisation d’une protéine globulaire hétérodimérique liant le GTP, diamètre 25 nm	Organisation spatiale de la cellule et transport de cargos
Filaments intermédiaires	Assemblage de protéines fibreuses, diamètre 10 nm	Résistance mécanique et stabilité structurelle

Cycle cellulaire et mitose : repères

Étape / structure	Caractéristique	Conséquence
Interphase	G1, S, G2	Préparation à la division
Phase M	Mitose	Séparation en deux cellules filles génétiquement identiques
Kinétochores	Complexes au niveau des régions centromériques	Attachement des chromosomes aux microtubules du fuseau
Cytocinèse animale / végétale	Anneau contractile / phragmoplaste	Séparation du cytoplasme

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confondre microfilaments d’actine et microtubules de tubuline : ils n’ont ni le même diamètre ni le même nucléotide lié.
2. Confondre dynéines et kinésines : ce sont deux moteurs moléculaires polarisés transportant des cargos le long des microtubules.
3. Confondre centrosome et fuseau mitotique : le centrosome organise les microtubules, le fuseau est l’assemblage bipolaire formé pendant la mitose.
4. Confondre anaphase et métaphase : en métaphase les chromosomes s’alignent, en anaphase les chromatides migrent vers les pôles.
5. Confondre cytocinèse animale et végétale : chez l’animal il y a un anneau contractile, chez le végétal un phragmoplaste médian sans étranglement.

✅ Checklist Examen

1. Définir les trois grands éléments du cytosquelette et leurs diamètres.
2. Relier les microfilaments d’actine à la polymérisation d’une protéine liant l’ATP.
3. Relier les microtubules à la tubuline, au GTP et au transport intracellulaire.
4. Expliquer le rôle des filaments intermédiaires dans la résistance mécanique.
5. Décrire le centrosome comme centre organisateur des microtubules.
6. Citer les deux centrioles et la matrice péricentriolaire du centrosome.
7. Situer la duplication du centrosome à la transition G1/S.
8. Décrire les phases G1, S, G2 et la phase M du cycle cellulaire.
9. Associer les kinétochores à l’attachement des chromosomes au fuseau.
10. Distinguer cytocinèse animale et cytocinèse végétale.