Hoja de repaso: Cycle cellulaire et réplication

📋 Plan du Cours

1. Organisation du cycle cellulaire
2. Mutants CDC et progression cellulaire
3. Checkpoints et dommages de l’ADN
4. Transitions du cycle cellulaire
5. Régulation de la transition G1/S
6. P53 et transformation cancéreuse
7. Origines et vitesse de réplication
8. Permis unique de réplication

📖 1. Organisation du cycle cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle cellulaire : Une séquence ordonnée d’événements durant laquelle les chromosomes sont dupliqués puis une copie de chaque chromosome est ségréguée dans chacune des deux cellules filles.

★ À maîtriser

• Une cellule eucaryote diploïde en G1 possède des chromosomes à une chromatide, réplique son ADN en phase S, atteint la phase G2 avec des chromosomes à deux chromatides, puis les sépare en phase M avant la cytokinèse.

📌 La diploïdie correspond à la présence de chromosomes par paires, tandis que les notations 2n et 4n indiquent ici la quantité d’ADN avant et après sa duplication.

Compléments

• Les myosines de type II participent à la séparation des cellules filles lors de la cytokinèse.

💡 Astuce mémo

G1 → S → G2 → M → cytokinèse

📖 2. Mutants CDC et progression cellulaire

★ À maîtriser

• À température permissive, une mutation conditionnelle ne s’exprime pas et les cellules présentent un phénotype sauvage, tandis qu’à température non permissive la mutation s’exprime et peut bloquer le cycle.

• Dans l’expérience de Hartwell, des levures mutagénées sont cultivées à 23 °C puis répliquées et incubées à 36 °C afin d’identifier les colonies incapables de se diviser à haute température.

• Hartwell a isolé 32 gènes essentiels à la progression de la division cellulaire et les a nommés gènes CDC pour Cell Division Cycle.

• L’observation du mutant CDC13 montre que le produit de CDC13 est nécessaire à la transition G2/M.

Compléments

• Une mutation thermosensible s’exprime à haute température, tandis qu’une mutation cryosensible s’exprime à basse température.

• Chez la levure à bourgeon, l’aspect du bourgeon permet d’identifier les phases du cycle:

  • bourgeon émergent en G1
  • petit bourgeon en S
  • gros bourgeon en G2
  • deux cellules de même taille en phase M

💡 Astuce mémo

Permissive = normal ; non permissive = mutant

📖 3. Checkpoints et dommages de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Checkpoint : Un contrôle de qualité qui vérifie qu’une étape du cycle est terminée avant d’autoriser la progression vers l’étape suivante.

★ À maîtriser

📌 RAD52 contrôle une protéine impliquée dans la réparation de l’ADN après irradiation, tandis que RAD9 contrôle l’activation du checkpoint.

• Après irradiation, une cellule sauvage bloque sa progression pour limiter les erreurs puis peut reprendre le cycle si les dommages sont réparables.

• Le mutant CDC9 s’arrête en phase S car CDC9 code une ligase indispensable à la maturation des fragments d’Okazaki.

Compléments

• Une cellule subit en moyenne par jour 4000 lésions de bases, 200 coupures simple brin et 40 coupures double brin.

• Le traitement par l’agent alkylant MMF bloque la fourche de réplication ; les cellules sauvages s’arrêtent en G1 puis reprennent de façon synchronisée, tandis que les mutants rad9 traversent le cycle et meurent après avoir formé une microcolonie.

💡 Astuce mémo

Dommage détecté → arrêt, réparation ou mort

📖 4. Transitions du cycle cellulaire

★ À maîtriser

• Le checkpoint G1/S contrôle la taille cellulaire, la disponibilité des nutriments, la signalisation et les dommages de l’ADN.

• Le checkpoint intra-S s’active en cas de blocage de la réplication ou d’endommagement de l’ADN.

• Le checkpoint mitotique dépend d’APC-CDC20 contrôlé par MAD2 et vérifie l’attachement des chromosomes au fuseau.

Compléments

• Le checkpoint G2/M contrôle l’activation du MPF, l’achèvement de la réplication, la taille cellulaire et les dommages de l’ADN.

📖 5. Régulation de la transition G1/S

★ À maîtriser

• La transition G1/S est déclenchée par des signaux de prolifération, notamment les facteurs de croissance, qui activent successivement les complexes cycline D/CDK4 puis cycline E/CDK2.

• La phosphorylation successive de Rb par cycline D/CDK4 puis cycline E/CDK2 provoque l’hyperphosphorylation de Rb et libère le facteur de transcription E2F.

• Une fois libéré de Rb, E2F se fixe aux promoteurs et active la transcription des gènes nécessaires à la réplication.

Compléments

• La kinase CAK active les complexes cycline/CDK après leur assemblage en phosphorylant leur sous-unité CDK.

• Les protéines p15, p16 et p21 sont des inhibiteurs de CDK qui ralentissent ou bloquent la progression du cycle cellulaire.

💡 Astuce mémo

Cycline D/CDK4 → cycline E/CDK2 → Rb hyperphosphorylée → E2F libéré

📖 6. P53 et transformation cancéreuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéine p53 : p53 est un facteur de transcription activé notamment par les dommages de l’ADN, les télomères non fonctionnels, les signaux oncogéniques excessifs et les déficits en nucléotides.

★ À maîtriser

• Selon le contexte, p53 peut provoquer un arrêt transitoire du cycle, la réparation de l’ADN, la sénescence, la différenciation ou l’apoptose.

• En réponse à un signal oncogénique, p14/ARF séquestre MDM2 dans le nucléole, empêche la dégradation de p53 par le protéasome 26S et stabilise p53.

• L’inactivation de Rb libère E2F de son inhibition et provoque une hyperactivation inappropriée du cycle cellulaire.

📌 Les oncogènes favorisent le cancer lorsqu’ils sont suractivés, tandis que les gènes suppresseurs de tumeur favorisent le cancer lorsqu’ils sont inactivés.

Compléments

• Les agents génotoxiques activent les kinases Chk1 et Chk2, qui phosphorylent p53 et l’activent comme facteur de transcription.

• P53 est inactivée dans environ la moitié de tous les cancers.

• Des cancers peuvent présenter une amplification de la cycline D, une inactivation de p16 ou une perte de p53 entraînant une diminution de p21.

📖 7. Origines et vitesse de réplication

★ À maîtriser

• Chez la levure, la réplication atteint environ 3000 paires de bases par minute, dure environ 20 minutes et nécessite plusieurs origines de réplication.

📌 Chez la levure, les origines de réplication sont associées à des séquences consensus, tandis que chez l’être humain leur détermination dépend surtout de la structure de la chromatine.

• La différenciation restreint généralement le nombre d’origines de réplication utilisées et modifie leur localisation selon l’état épigénétique de la cellule.

Compléments

• Chez Escherichia coli, la réplication atteint environ 60 000 bases par minute et le génome est répliqué en environ 40 minutes à partir d’une origine de réplication.

• Chez l’être humain, la réplication atteint environ 3000 paires de bases par minute et la phase S dure environ 7 heures grâce à un grand nombre d’origines.

• Les cellules humaines possèdent environ 30 000 origines de réplication par noyau et par cellule, regroupées en foyers visualisables par fluorescence.

📖 8. Permis unique de réplication

★ À maîtriser

📌 Chaque origine de réplication doit être activée une seule fois par cycle cellulaire afin d’éviter la ré-réplication, l’excès d’ADN, les recombinaisons et l’instabilité génomique.

• En phase G1, ORC se fixe à l’origine, CDT1 et CDC6 recrutent les hélicases MCM2 à MCM7, puis l’ouverture de l’origine permet l’initiation de la réplication.

• Après le début de la réplication, la géminine inhibe CDT1, ce qui empêche le rechargement des hélicases et la ré-réplication de l’origine.

Compléments

• Un excès expérimental de CDT1 entraîne une ré-réplication détectable par l’apparition d’ADN lourd-lourd et provoque une instabilité génomique.

• Dans les cancers colorectaux, CDT1 peut être surexprimé tandis que l’expression de la géminine est diminuée, ce qui favorise l’instabilité génétique.

💡 Astuce mémo

ORC + CDT1 + CDC6 → MCM → géminine bloque CDT1

📊 Tableaux de synthèse

Principaux checkpoints

Checkpoint	Contrôles principaux	Conséquence
G1/S	Taille, nutriments, signalisation, dommages de l’ADN	Autorise ou bloque l’entrée en phase S
Intra-S	Blocage de réplication, dommages de l’ADN	Ralentit ou bloque la réplication
G2/M	MPF, réplication complète, taille, dommages	Autorise ou bloque l’entrée en mitose
Mitotique	Attachement des chromosomes au fuseau	Bloque la séparation chromosomique