» Anatomie pathologique générale CYCLE CELLULAIRE

CYCLE CELLULAIRE


LE CYCLE CELLULAIRE
Tous les organismes sont constitués de cellules qui se multiplient par division cellulaire. Un adulte humain a environ 100.000 milliards de cellules, toutes originaires d'une même cellule, la cellule œuf fertilisée. Chez un adulte, on trouve une quantité énorme de cellules en division continue remplaçant celles qui disparaissent. Avant qu'une cellule puisse se diviser, il faut qu'elle grandisse jusqu'à une certaine taille, qu'elle duplique ses chromosomes, qu'elle sépare ses chromosomes avec une distribution exacte entre les 2 cellules filles. Tous ces processus sont coordonnée durant le cycle cellulaire.
 
Le cycle cellulaire consiste en plusieurs phases :
Durant la première phase (phase G1), la cellule croit et devient plus grande, avec synthèse de protéines (duplication des organites cytoplasmiques). A une certaine taille, elle entre en phase S avec synthèse de l'ADN. La cellule duplique son ADN avec copie de chacun des chromosomes. En phase G2, la cellule contrôle que la réplication de l'ADN a été réalisée correctement (réparation post-réplicative) et prépare la division cellulaire. Les chromosomes se séparent (phase M) et la cellule se divise en 2 cellules filles. Par ce mécanisme, les 2 cellules filles ont les mêmes chromosomes que la cellule mère. Après division, les cellules retournent en phase G1. La durée du cycle cellulaire varie selon le type de cellule (chez l'homme, > 200 types cellulaires), entre 10 et 30 heures. Les cellules en phase G1 peuvent quitter le cycle cellulaire et entrer en phase quiescente (phase G0).
Certaines ont perdu définitivement la capacité de se diviser (cellules post-mitotiques fixées) : neurones, hématies, polynucléaires, kératinocytes superficiels. D'autres peuvent récupérer la capacité de se multiplier, revenir dans le cycle, dans certaines circonstances : lymphocytes "mémoire" après contact avec l'antigène auxquels ils sont préparés, cellules hépatiques après hépatite, chirurgieetc... Ces cellules post-mitotiques réversibles sont, en fait, en phase Gl prolongée.
Les phases du cycle cellulaire se répartissent en moyenne de la façon suivante : M < 2 heures, G1 < 3 jours, S : 8 à 12 heures, G2 : quelques heures, G0 : très variable, plus une tumeur est différenciée, plus le temps de doublement est long.
La différenciation est l'apparition morphologique de structures nouvelles spécialisées, par les anatomopathologistes. Elle n'est qu'exceptionnellement réversible, à l'état normal. La différenciation n'intervient plus normalement que dans certains tissus et dans les limites étroites (cellules-souches hémopoïétiques, cellules épithéliales du collet de la gaine des poils qui peuvent reconstituer le bulbe pileux et sa gaine ainsi qu'un épiderme détruit, cellules mésenchymateuses du périthélium des capillaires et veinules, capables de plusieurs différenciations (fibroblastique, musculaire lisse, parfois adipocytaire et ostéoblastique)
 
Les tissus statocytiques, ou stables, dont les cellules sont toutes matures peuvent être soit irréversibles (cellules post-mitotiques fixées (neurones)), soit réversibles, avec un renouvellement cellulaire lent (parenchymes glandulaires), après dématuration, le cycle cellulaire peut s'accélérer par réduction de la phase Gl.
Les tissus cyclocytiques ou lignées cellulaires : renouvellement permanent à partir de cellules-souches, et évolution progressive des cellules différenciées vers une maturation irréversible et la mort cellulaire (épithéliums de revêtement, lignées myéloïdes, lignée spermatique).
Compartiment des cellules-souches. Leur division aboutit à deux cellules différentes (mitose hémiplasique) : une cellule-souche, une cellule différenciée. Le rythme des divisions cellulaires est lent.
Compartiment des cellules en cours de maturation. Ces cellules en transit se multiplient activement, chaque mitose aboutissant à des cellules plus mûres (mitose hétéroplasique ou de maturation) ou identiques à la cellule mère (mitose homoplasique).
Compartiment des cellules mûres, incapables de se diviser et vouées à la lyse ou à l'élimination dans un délai assez court.
Régulation de la multiplication et de la différenciation cellulaires :
inhibition de contact : immobilisation des cellules en contact qui adoptent un agencement régulier, monocellulaire, sans stratification (dépendance d'ancrage : pour se diviser, les cellules doivent pouvoir s'étaler sur une support solide mouillable). Le nombre des doublements est limité à un maximum d'environ cinquante (télomérases).
La multiplication cellulaire nécessite aussi l'apport de métabolites, d'oligo-éléments et de vitamines. Il existe un équilibre entre les divers tissus associés, et entre les différents compartiments des lignéescellulaires (informations échangées par les membranes des cellules au contact ou reçues des tissus conjonctifs, action opposée de substances diffusibles : hormones et facteurs de croissance, contrebalancés par les chalones).
Les chalones exercent un rétrocontrôle négatif (l'abondance des cellules dans un compartiment contrôle une étape antérieure de la lignée (multiplication ou différenciation)).
Ainsi : lors de la réparation d'une plaie cutanée, c'est l'absence de ces chalones (car l'épiderme est détruit), qui permet la régénération épidermique, et c'est leur réapparition qui met fin à la prolifération hyperplasique des kératinocytes lorsque l'épiderme est reconstitué.
Diverses hormones augmentent la multiplication des cellules
- la thyroxine et le couple somatostatine-STH, hormones polypeptidiques agissant par l'intermédiaire du cAMP,
- les œstrogènes, dont l'action sur l'endomètre et les acini mammaires dépend de l'ADN nucléaire, par l'intermédiaire d'un récepteur du nucléoplasme.
- L'EPO fait proliférer les érythroblastes.
De multiples facteurs de croissance, agissant dans leur environnement immédiat,
- Le facteur de croissance épidermique (EGF), agit sur les cellules épidermiques, fibroblastes, hépatocytes, dont il stimule le métabolisme, la synthèse de protéines et d'ADN, et augmente la multiplication.
- Le facteur mitogène plaquettaire (PDGF) stimule la multiplication des fibroblastes et la synthèse du collagène.
- Des lymphokines des lymphocytes T activés stimulent la prolifération des lymphocytes T, des lymphocytes B et des fibroblastes.
Le contrôle des divisions cellulaires : importance de la membrane plasmique
Protéine-kinases : par activation d'une protéine transmembranaire (par exemple, le récepteur de l'EGF) ou de l'expression d'un gène. Elles peuvent activer des protéines enzymatiques du cytosol ou du noyau, ou modifier des protéines membranaires.
Les prostaglandines : l'hyperplasie épidermique provoquée par les phorbolesters de l'huile de croton s'accompagne d'une augmentation des Pg E et F, alors que la stimulation des précurseurs des phagocytes par le CSF est inhibée par les Pg E.
Les polyamines : substances dérivées de l'arginine existant dans toutes les cellules eucaryotes, leur présence est nécessaire à la multiplication cellulaire. Leur quantité augmente en cas d'hyperplasie (par exemple, au cours de la regénération hépatique et dans l'épiderme psoriasique) et dans les cancers. Leur action paraît dépendre d'une diminution du rapport cAMP/cGMP.
La transformation blastique des lymphocytes déclenchée par le couplage des lectines au glycocalix ou le contact avec l'antigène.
La différenciation semble dépendre d’un contrôle intertissulaire (action de substances inductrices au cours de l'embryogenèse, intervention des types de collagène et des membranes basales). Contrôle intracellulaire sur l'expression des gènes (quand on insère un noyau mature dans un zygote préalablement dénucléé, il se développe un embryon).
La différenciation tissulaire se manifeste par une maturation normale et équilibrée de l'ensemble de la population cellulaire, un agencement spécifique des cellules et par des rapports particuliers avec les tissus voisins. La capacité de se diviser diminue et même souvent disparaît dans les cellules mûres normales.
Les phénomènes de multiplication, de différenciation et de maturation s'organisent en 3 phases successives au cours du développement de l'organisme.
Phase de différenciation : A partir de l'œuf, la multiplication des cellules et une cascade de différenciations successives, contrôlées en particulier par des substances inductrices, aboutissent à la mise en place des ébauches d'organes et de tissus (période d'embryogenèse et début de l'organogenèse). Les phénomènes d'induction ont une double action : positive par apparition de différenciations cellulaires nouvelles, négative (régression de structures par apoptose).
Phase de croissance et de maturation : les divers blastèmes, mis en place lors de la précédente phase, se multiplient et mûrissent, assurant le développement des tissus et des organes. Contrôlé par les contacts intercellulaires et l'action des chalones et des hormones, ce processus caractérise la croissance fœtale et infantile, avec une durée variable selon les tissus.
Phase de stabilisation : adulte, renouvellement cellulaire +/- rapide. L'équilibre intra- et inter-tissulaire est maintenu par les contacts intercellulaires et par l'action des chalones et des hormones. Les phénomènes de différenciation sont limités : différenciation des cellules-souches myéloïdes en lignées érythrocytaire, phagocytaire et mégacaryocytaire, différenciation des cellules souches lymphoïdes en lymphocytes B et T, différenciation des cellules mésenchymateuses, en particulier péricapillaires, en fibrocytes, myocytes, ostéoblastes, rarement en adipocytes. Un blastème d'organe élémentaire se renouvelle pendant cette période, celui des bulbes pileux qui I se reconstituent à chaque phase anagène du cycle des poils.
 
Contrôle du cycle cellulaire : Les phases doivent suivre un ordre correct, les erreurs de coordination peuvent conduire à des altérations chromosomiques, avec perte réarrangement ou distribution inéquitable entre les 2 cellules filles de tout ou partie de chromosomes (se voit dans le cancer)
Les gènes CDK (Cyclin Dependent Kinase) contrôlent les différents passages du cycle cellulaire. Les cyclines sont des protéines formées et dégradées au cours du cycle cellulaire (leur concentration varie périodiquement au cours du cycle cellulaire), elles se fixent aux CDK, régulant leur activité en les phosphorylant. En phase G1 et pour la transition G1-S (déclenchement de la réplication de l’ADN), en phase S pour la poursuite de la réplication, en phase G2 et pour la transition G2-M (déclenchement et exécution de la mitose). Les Cdk agissent soit sur les protéines qui permettent la réalisation des événements du cycle (leur fonction est alors de provoquer les événements du cycle), soit sur la protéine Rb, (leur fonction étant alors de permettre la progression du cycle). Leur dégradation périodique est un mécanisme important du contrôle du cycle cellulaire. Les cyclines, comme les CDK, ont été conservées chez toutes les espèces au cours de l'évolution. On dénombre aujourd'hui 10 cyclines différentes chez l'homme. La succession normale des différentes phases ne peut avoir lieu que si les différentes Cdk intervenant au cours des différentes phases sont présentes et actives aux moments opportuns.
 
Fonctions des différents complexes cdk/cycline (NB cdc2 =cdk1)
 
Moment du cycle
Complexe Cycline / Cdk
Effets du complexe
G1
Cycline D / Cdk4 et
Cycline D / Cdk 6
Phosphorylent et inactivent la protéineRb, ce qui libère E2F qui contrôle l’expression de gènes nécessaires pour la transition G1/S et pour la progression de S (synthèse des cyclines E et A).
G1/S
Cycline E / Cdk 2
Responsable de la transition G1/S. Phosphoryle la protéine Rb.
Induit la duplication du centrosome dans certains cas
S
Cycline A / Cdk 2
Phosphoryle des substrats qui déclenchent et entretiennent la réplication de l’ADN et l’inactivation de facteurs de transcription de la phase G1.
induit la duplication du centrosome chez les mammifères.
arrêt de la dégradation de la cycline B qui s'accumule.
G2/M
Cycline B / Cdk 1
Dirige la transition G2/M par phosphorylation de nombreux substrats et conduit la progression de la mitose.
 
Les cellules-filles, dès la sortie de mitose, peuvent entrer en phase G0, stade de quiescence (cas de la plupart des cellules dans un organisme adulte, hormis les cellules souches), sans réplication d’ADN, ni mitose, nicycline et E2F inactivé par la protéine Rb. La transition de G0 vers la prolifération dépend de facteurs mitogènes ou de croissance. La liaison du facteur de croissance à son récepteur transmembranaire provoque une cascade de signaux intracellulaires : activation d’une petite GTPase, Ras, qui conduit à l’activation de la cascade MAPKinase et enfin à l’activation du gène de la protéine Myc, qui est un facteur de transcription. Myc déclenche la transcription du gène de la Cycline D avec formation de complexe Cycline D/Cdk 4 qui est activé. La Cycline D étant continuellement dégradée par SPC (S-phase Promoting Complex), ubiquitine ligase, le maintien du complexe Cycline D/Cdk4 dépend d'un équilibre entre synthèse et dégradation. Sans facteurs de croissance, pas de Cycline D ni complexe Cycline D/Cdk4 actif. La cellule retourne alors en G0.
 
Les cdk associées aux cyclines de G1 : La progression en phase G1 nécessite la participation des cyclines de type D qui répondent aux facteurs de croissance au niveau du point de restriction, moment où la cellule prend la décision d'entrer en phase S. Les complexes cycline D/cdk4/6 phosphorylent l'anti-oncogène Rb, permettant la libération de facteurs de transcription (e2F et DP1) qui contrôlent l'expression de protéines requise pour la phase S dont la cycline E). Cdk3 dont la cycline associée n'est pas encore identifiée est nécessaire à la transition G1/S, active les facteurs de transcription e2F-1, e2F-2 et e2F-3. Le complexe cdk2/cycline E est un des acteurs principaux de la phase S et initialise la synthèse d'ADN, il phosphoryle aussi Rb comme la cyclineD/cdk4 (rétro-action positive). La Rb hyperphosphorylée libère E2F qui stimule la transcription du gène de la cycline suivante, la cycline A. Ce complexe cdk2/cycline E est la cible des facteurs anti-prolifératifs tel le facteur TGF-b (Transforming Growth Factor b) qui bloque le cycle en phase G1. Ce complexe contrôle également la transcription via l'hyperphosphorylation de Rb. La cycline E est rapidement dégradée dès que la réplication débute. La cycline A ou "cycline mitotique", intervient au début de la réplication en s'associant à cdk2 et permet la poursuite de la réplication de l'ADN, ce complexe cdk2/cycline A contrôle la durée de la phase S en inactivant les facteurs e2F et DP1 par phosphorylation.
Les cdk associées aux cyclines mitotiques : La cycline A, associée à cdc2, intervient dans la préparation de la mitose. L'entrée en phase M est gouvernée par le complexe cdc2/cycline B. Ce complexe entraîne la rupture de l'enveloppe du noyau à la mitose, intervient dans la condensation de la chromatine et dans l'organisation du fuseau de division, ainsi que dans la cytokénèse. Outre les protéines structurales, cdc2/cycline B phosphoryle également un grand nombre de protéines régulatrices, comme des kinases et des phosphatases.
Il existe d'autre complexes cdk/cycline :
- cdk7/cycline H, qui intervient à plusieurs phases du cycle en temps qu'activateur des cdk.
- cdk5/p35 (p35 est un régulateur non apparenté aux cyclines) , intervenant dans les mécanismes de différenciation neuronales
- cdk9/cycline T, qui interagit directement avec la protéine Tat du VIH.
 
Les Cdk sont des sérine-thréonine kinases, qui catalysent la phosphorylation de protéines cibles du cycle cellulaire (fragmentation de l’enveloppe nucléaire, compaction des chromosomes, réplication de l’ADN), ou dans l'avancement du cycle. Leur activité consiste à transférer le groupement γ-phosphate de l’ATP sur une sérine ou une thréonine, présentes dans les protéines cibles, à condition que ces acides aminés soient dans une séquence d'acides aminés caractéristique (séquence consensus) spécifiquement reconnue par la kinase (exemple : Ser/Thr-Pro-X-Arg/Lys). Les cyclines n’ont pas d’activité enzymatique, ce sont des protéines régulatrices nécessaires aux Cdk pour qu’elles soient enzymatiquement actives.
Toutes les Cdk ont une structure tridimensionnelle similaire, avec 2 poches de fixation :
- l'une pour la protéine cible , l'autre pour l'ATP, des acides aminés jouent un rôle particulier suivant qu'ils sont phosphorylés ou non. Pour la Cdk1, il s'agit des thréonine 161 ou 14 et tyrosine 15. Pour pouvoir agir, les Cdk doivent présenter une conformation où ces deux poches sont accessibles. Les activateurs (Cyclines, Cdc 25, CAK) et les inhibiteurs (p16, p21, kinase Wee 1) induisent des changements de conformation des sites pour le substrat et pour l'ATP.
Les cdk sont régulées par des mécanismes d'activation et d'inhibition. Les mécanismes activateurs des cdk comprennent d'une part la liaison de la kinase à la cycline (qui entraîne un changement de conformation), ainsi que des  :
- phosphatases : Cdc 25 (responsables de Déphosphorylations "activatrices")
- kinases : CAK ("Cdk Activating Kinase" = Cycline H / Cdk 7), (Polo K, indirect), (Phosphorylations activatrices)
Certains complexes cdk/cycline sont beaucoup plus efficaces que d’autres (le complexecdk2/cycline A phosphoryle 10 fois plus efficacement la protéine p107 (apparentée à pRb) que le complexe cdk2/cycline B1)
Les cyclines, hormis la cycline D, se caractérisent par leur apparition à des moments précis du cycle, en fonction des niveaux de transcription des ARNm et de la dégradation des cyclines. D'une manière générale, les cyclines favorisent donc l'expression des cyclines de la phase suivante et répriment l'expression ou favorisent la dégradation des cyclines de la phase précédente (nécessaire à la progression de la cellule dans le cycle). La protéolyse d'une cycline est indispensable à l'inactivation de la cdk associée. Les cyclines, ainsi que d'autres protéines telles que CKI, sont dégradées par protéolyse. Grâce aux enzymes E1, E2 (cdc34 en phase G1) et E3 (complexe APC (Anaphase Promoting Complex) en phase de mitose), les molécules d'ubiquitine se fixent au substrat. Celui-ci qui est alors reconnu par le protéasome 26S ce qui entraîne la dégradation de la cycline et l'inactivation de la cdk. En dehors de la cycline D, plus stable, les cyclines de la phase G1 ont une durée de vie très courte.
 
Les mécanismes inhibiteurs interviennent à des degrés divers selon les cdk. Il peut s'agir de phosphorylation de résidus inhibiteurs par une une kinase telle Wee 1 (sur les résidus Tyrosine 15 et/ou Thréonine 14) ou d'interaction entre les complexes cdk/cycline et les CKI (Cyclin Dependant Kinase Inhibitor). Les CKI exercent leur activité inhibitrice en s'associant avec les cdk ou le complexe cdk/cycline. Elles peuvent bloquer l'engagement d'une phase mais peuvent également agir au cours d'une phase du cycle cellulaire. Les CKI sont réparties en deux groupes : la famille des Ink4 (Inhibitor of cdk4) qui comprend différent membres et la famille Cip/Kip représentée par p16, p27, p21Cip1, p27Kip1 et p57Kip2.
Eemple de la CKI p21Cip1 : Le taux de p53 augmente lorsque l'ADN est endommagé, p53 peut alors conduire la cellule vers l'apoptose ou stimuler la réparation de l'ADN ou provoquer l'arrêt du cycle. L'arrêt en G1 est induit par p53 qui active la transcription du gène Cip1 codant pour p21, inhibiteur de cdk/cyclines
Il est a noter que p21 n'est pas le seul médiateur de p53. p21 serait plutôt impliqué dans les processus de différenciation en tant que promoteur de l'arrêt du cycle.
 
Il existe en fait 2 niveaux de régulation par phosphorylation des complexes cdk/cyclines : une phosphorylation inhibitrice ou activatrice (ou une déphosphorylation) directe sur les cdk, ou bien une régulation indirecte via la phosphorylation inhibitrice ou activatrice des complexes régulateurs.
Les inhibiteurs chimiques des cdk agissent sur leurs cibles en interférant avec la liaison aux substrats ou à l'ATP, avec les sites activateurs des cdk, en empêchant l'activation par les cyclines, en mimant l'activation des CKI, en agissant sur le mécanisme de destruction des cyclines ou en intervenant dans la localisation cellulaire du complexe. Ces inhibiteurs de cdk sont souvent des compétiteurs de l'ATP et agissent en se fixant sur le site de fixation de l'ATP. Ces inhibiteurs chimiques bloquant la prolifération cellulaire par inactivation des cdk/cyclines sont des anti-tumoraux potentiels.
 
En résumé : Les cyclines se lient aux kinases du cycle pour les rendre potentiellement actives.
L’activité des complexes Cycline / Cdk peut être inhibée par la phosphorylation de 2 acides aminés (tyrosine 15 et thréonine 14) : la phosphorylation de ces acides aminés se fait par les kinases WEE-1et Myt 1. Au contraire, la phosphatase Cdc-25 les déphosphoryle et ainsi active les complexes ; la phosphorylation d'un autre acide aminé (thréonine 161) par la CAKest nécessaire pour l'activation des complexes (liaison du substrat).
L’activité des complexes peut être inhibée à tout moment par des protéines inhibitrices, les CKI (importantes dans le contrôle de G1 et S).
 
Il existe des mécanismes qui détectent les anomalies et imposent l’arrêt du cycle si des anomalies sont constatées (DDCP = DNA Damage Checkpoint ; RCP = Réplication Checkpoint, et contrôle des chromatides-sœurs (MCP = Mitotic Checkpoint ). Ils assurent le maintien de l'intégrité de l'ADN et sa qualité de la réplication, et donnent à la cellule le temps de réparer et de terminer correctement la réplication. Le partage des chromosomes entre les 2 cellules-filles doit être parfaitement équitable lors de la transition métaphase – anaphase, sinon l’anaphase ne débute pas. Dans tous les cas, si les anomalies dépassent les capacités de réparation, un programme d’apoptose est mis en place.
La surveillance de l'intégrité de l'ADN (DDPC) n'est pas réalisée en un point particulier du cycle mais s'effectue en réalité tout au long de l'interphase (G1,S, G2). Ainsi, lorsqu'une lésion de l'ADN existe, le cycle peut être arrêté soit en G1, (la cellule n'effectue alors pas la transition G1/S), soit en S, soit en G2, (la cellule ne rentre alors pas en mitose).
La surveillance de la réplication (RCP) s'étale tout au long de la phase S et G2, en cas de défaut de réplication, la cellule arrête le cycle. La surveillance de l'attachement correct des chromosomes métaphasiques au fuseau ou checkpoint mitotique (MCP) ne s'exerce que durant la métaphase.
Ces mécanismes de surveillance font intervenir : des kinases qui se lient à l'ADN, (DNA-PK) dont la kinase ATM (ataxie-telangiectasie mutée), kinase ATR (ataxie-telangiectasie Related), les protéines sérine-thréonine kinases Chk1et Chk2 (check-point protein kinase). La protéine Mad2 (Mitotic arrest deficient-2) qui intervient au point de surveillance métaphase–anaphase. Ainsi en cas d’ataxie telangiectasie, la kinase ATM est mutée et les points de contrôle du cycle sont déficients : les cellules prolifèrent malgré des coupures de l’ADN ; sans arrête en G1, S ou G2 pour réparer l’ADN (hypersensibilités aux radiations ionisantes, et risque accru de cancer).
Blocage de la transition G1-S : Le point de restriction désigne un moment de G1, avant lequel les cellules en culture ont besoin de facteurs de croissance pour avancer dans le cycle (G1 précoce), et après lequel elles peuvent proliférer indépendamment (G1 tardive).
Dans des cellules en culture, le point de restriction se situe 3 à 4 heures après la mitose. La phase G1 tardive (du point de restriction à la phase S) a une durée variable, de 1 à 10 heures, ceci explique les différences de longueur du cycle cellulaire.
En G1 tardive, la cellule est irréversiblement en cycle, sauf si le processus de surveillance G1/S est enclenché. Si l'ADN est endommagé, la transition G1-S est bloquée par les mécanismes DDCP, par dégradation de Cdc25A (ATM, recrutée par des protéines liées aux cassures d'ADN, active Chk2, ce qui aboutit à la dégradation de Cdc25A), ce qui arrête le cycle puisque les complexes Cycline D/Cdk4 et Cyclines E ou A/Cdk2 ne peuvent plus être activés (par déphosphorylation) par Cdc25A.
D'autre part, accumulation de p 53 qui induit l'expression de p 21, inhibiteur des complexes Cyclines D/Cdk4, E et A/Cdk2 (arrêt en G1 tardif). Si l'ADN est lésé, Chk2 activé par ATM phosphoryle p 53 sur les sérines 9, 15 et 20 ceci réduit son ubiquitinylation et sa dégradation, donc p53 augmente. La p 53 induit également la transcription d'enzymes de réparation de l'ADN et induit l'expression de gènes de l'apoptose (bax, Fas) (d’où mort cellulaire).
Blocage de la transition G2/M :mitose non déclenchée tant que la réplication n’est pas complète ou que l’ADN répliqué n’est pas réparé. La phosphorylation de Cdc25C entraîne sa séquestration dans le cytoplasme, loin de son substrat nucléaire Cdk1. Le maintien de l’arrêt en G2 fait intervenir également la p53, facteur de transcription de la p 21 et d'enzymes de réparation de l'ADN. La p 21 bloque l’activité de cycline B / Cdk1.
Point de surveillance de l'attachement correct des chromosomes au fuseau : transition métaphase / anaphase : Les chromosomes non attachés au fuseau bloquent la séparation de toutes les chromatides-sœurs. A l'anaphase, les chromatides-soeurs sont séparées par la séparase qui détruit par protéolyse spécifique lacohésine qui les maintient rassemblées. Si 1 seul chromosome métaphasique n’est pas correctement attaché au fuseau par le kinétochore, la séparase est inhibée par la sécurine dont la destruction dépend de l'APC-Cdc20 (APC = Anaphase Promoting Complex, ubiquitine ligase active lorsqu'elle est associée à la protéine Cdc20) qui reste inhibée par la protéine Mad2 tant que les chromosomes ne sont pas tous correctement attachés. Une fois que tous les kinétochores sont attachés, Mad2 n’est plus activée et ne peut plus inhiber le complexe APC-Cdc20 qui devient actif, ce qui permet la destruction de la sécurine et la séparation des chromatides pour leur ascension polaire opposée.
 
L'entrée en mitose ou transition G2/M, dépend du complexe Cycline B / Cdk1, et se réalise de manière brutale. Or, la Cycline B est synthétisée pendant une longue période du cycle, le complexe Cycline B/Cdk1 se forme progressivement et s’accumule au cours des phases S et G2. La Cdk1 est phosphorylée sur la thréonine 161 par la CAK (Cycline H / Cdk7), mais reste inactive à cause de la phosphorylation de 2 acides aminés voisins (tyrosine 15 et thréonine 14) par la protéine Wee-1. La réplication terminée, la phosphatase Cdc25 n'est plus séquestrée dans le cytoplasme et passe dans le noyau, et est activée (phosphorylation par kinase Polo ?). Cdc 25 enlève les 2 phosphates inhibiteurs de Cycline B/Cdk 1 et active une petite partie du stock de Cycline B / Cdk1. La Cdk 1 peut alors phosphoryler Cdc 25 (sur un site différent de celui de la kinase Polo). Cette phosphorylation active Cdc 25 : Cycline B/Cdk 1 active donc son propre activateur. Dans le même temps, Cycline B/Cdk 1phosphoryle Wee 1, inhibant cette protéine : Cycline B / Cdk1 inhibe donc son propre inhibiteur.
Ce double mécanisme de rétrocontrôle positif permet d'obtenir rapidement et de façon irréversible une grande quantité de complexes Cycline B/Cdk1 actifs (Feed-back positif). Ceci permet l’entrée en mitose
Avant l’entrée en mitose, il existe un point de surveillance G2/M, activé par divers signaux (cassures des brins d’ADN, arrêt de la progression des fourches de réplication lors de la synthèse de l’ADN), qui permet d’arrêter le cycle en G2, tant que la réplication n’est pas correctement achevée. Les molécules qui interviennent (Chk1 et Chk2) bloquent l’activation de la Cdk1 en inactivant (par phosphorylation sur des résidus sérine, ce qui aboutit à une séquestration dans le cytoplasme, loin de son substrat nucléaire) la phosphatase Cdc25C (qui active les complexes Cycline B/Cdk1 par déphosphorylation). Le complexe Cycline B/Cdk1 reste alors phosphorylé donc inactif. Egalement synthèse de p21 (qui bloque le complexe Cycline B/Cdk 1), par le biais p53 phosphorylée par Chk2 activée par ATM, p53 peut aussi réprimer les gènes de Cdk1 et de Cycline B dont les promoteurs contiennent un site p 53.
P53 a été surnommée " le gardien du génome". Elle est exprimée tout au long du cycle cellulaire, mais son taux d'expression reste bas du fait de sa dégradation rapide. C'est une protéine nucléaire qui possède plusieurs fonctions. C'est un facteur de transcription, mais c'est aussi une endonucléase qui participe directement à la réparation de l'ADN.
 
Au début de la mitose, les complexes Cycline B/Cdk1 activés phosphorylent : les condensines (histones H1 et H3, impliquées dans la condensation des chromosomes), les lamines, qui sont dépolymérisées, permettant la désorganisation de l'enveloppe nucléaire, les protéines associées aux microtubules (MAPs), qui permettent l'assemblage du fuseau mitotique, ainsi que l’APC (Anaphase Promoting Complex)-Cdc20 nécessaire à l’ubiquitinylation de la sécurine et de la cycline B (ce qui permet la sortie de la mitose).
 
La mitose comporte plusieurs phases.
Prophase : les chromosomes se condensent, les centrosomes s'éloignent l'un de l'autre et le fuseau mitotique se forme puis l'enveloppe nucléaire disparaît.
Prométaphase : les chromatides-soeurs de chaque chromosome sont capturées par des microtubules des pôles opposés au niveau de leur kinétochore,.
Métaphase : l'attachement bipolaire des chromosomes, par leurs kinétochores, est terminé. Ils sont tous situés dans le plan équatorial de la cellule (= plaque métaphasique).
Anaphase : les deux chromatides-soeurs de chaque chromosome se séparent. Chaque chromatide devient ainsi un chromosome "fils" indépendant. Un lot de chromatides migre vers un pôle, pendant que l'autre lot migre vers l'autre pôle.
Télophase : les enveloppes nucléaires se reforment autour des deux lots de chromosomes, et la cytodiérèse, processus long et complexe, permet d'obtenir deux nouvelles cellules distinctes.
Lors de la mitose, une étape clé est le passage de la métaphase (où les chromatides sont encore étroitement associées) bichromatidiens)) à l'anaphase (où les chromatides se séparent, (chromosomes monochromatidiens), avec passage d'une cellule à chromosomes bichromatidiens à deux cellules à chromosomes monochromatidiens.
Les chromatides sont liées entre elles au centromère, et tout au long de leurs bras, par le complexe cohésine (mis en place pendant la phase S), il est dégradé en 2 étapes. Lors de la prométaphase, il est dégradé le long des bras. A la fin de la métaphase, la destruction de celui du centromère permet la séparation des chromatides-soeurs, qui migrent alors vers les pôles opposés du fuseau.
La séparation des chromatides-soeurs, en début d'anaphase, est dû à :
- l’activation du complexe enzymatique APC (Anaphase Promoting Complex), qui fait intervenir la protéine Cdc 20 , et qui est une ubiquitine ligase qui détruit des protéines régulatrices de la mitose, dont la sécurine (liée en l’inhibant, à une protéase (de la famille des caspases), la séparase).
- la séparase, activée, clive la cohésine et les chromatides se séparent.
Contrôle de l’attachement correct des chromosomes au fuseau mitotique.
Chaque kinétochore non correctement attaché au fuseau inhibe APC-Cdc20 en le liant à Mad2 (Mitotic Arrest Deficient - 2). Si tous les kinétochores sont attachés, Mad2 n’est plus active et APC-Cdc20 devient actif, ce qui permet la destruction de la sécurine et la séparation des chromatides pour leur ascension polaire opposée.
Après la migration des chromosomes aux pôles du fuseau, les processus inverses de la prophase doivent avoir lieu. L’inactivation du complexe Cycline B/Cdk1 se fait par protéolyse ubiquitine-dépendante de la cycline B, par le complexe APC-Cdh1 (Cdc20 homolog).

 
Références bibliographiques
 
 
J Pines 1995. Cyclins and cyclin-dependent kianse : a biochemical view. Biochem J, 308:679-711


Documents de pathologie humaine du service d’anatomie pathologique du CFB de Caen et du CHPC de Cherbourg. L ’UTILISATION DES INFORMATIONS FOURNIES SE FAIT SOUS L’UNIQUE RESPONSABILITE DE L’UTILISATEUR. Les concepteurs et réalisateurs de cette base ne sauraient en aucun cas être tenus pour responsables des conséquences d’une utilisation non contrôlée des informations fournies.

Performed by Arnaud Legrand 2009 © All Rights Reserved.