Cycle cellulaire - Définition

Identification des différentes phases du cycle cellulaire

• La mitose : Une identification morphologique est possible au microscope : absence d'enveloppe nucléaire.

• La phase S : Autoradiographie à la thymidine H3.

Principe : La thymidine radioactive tritiée (H3), se dirige vers le noyau, et ne s'incorpore que dans les cellules dont l'ADN incorpore des nucléotides, c'est-à-dire les cellules en phase S. L'intérêt de la thymidine est qu'elle s'incorpore dans l'ADN, mais pas dans l'ARN. Après rinçage du milieu de culture puis incubation, on peut mesurer la proportion de cellules comportant de la thymidine radioactive.

• Les autres phases : On utilise la cytofluorométrie.

Principe : On incube les cellules avec un colorant fluorescent de l'ADN. La quantité de fluorescence est proportionnelle à l'intensité de la fluorescence. On utilise un fluoromètre. La durée de la phase G1 peut ainsi être calculée. On obtient la durée de chaque phase en combinant les trois techniques.

Les processus de régulation

La transition de G0 à G1

Lors de la transition a lieu la transcription des gènes essentiels pour G1 et l'entrée en division. Cette transcription est stimulée par deux voies de signalisation:

• Des facteurs de croissance, par l'intermédiaire de récepteurs transmembranaires du type tyrosine kinase ainsi que des stimuli mitogènes, par l'intermédiaire de récepteurs couplés à des protéines G, déclenchent des cascades de type MapKKK/MapKK/MapK, qui stimulent la transcription de gènes tels que CyclineD et Cdk4&6.
• Un dimère constitué par les protéines Myc et Max active la transcription des gènes de Cdc25A, Cdk4, Cdk6, CyclineD, CyclineE, E2F.

La phase G1

Les gènes des cyclines D et E ainsi que les protéines p21 et p27 sont transcrits, dont cycline E sous le contrôle de E2F.

Le passage de G1 à S

Ce passage est sous le contrôle du point R, lui-même sous le contrôle de plusieurs protéines : Rb, E2F, cdk2, cdk4. En G1, Rb non phosphorylé se lie à E2F et l'inhibe. Pendant le passage cycD/cdk4 et cycE/cdk2 hyperphosphorylent Rb (4 sites de phosporylation), qui libère E2F. E2F libre forme un heterodimere avec la proteine DP. Ensemble ils jouent le rôle de facteur de transcription et induisent des gènes cibles, permettant la progression de S.

Le passage de la phase G2 à M

Ce passage est régulé par le complexe Cdk1-CyclineB.

Au début, la cycline B se fixe au Cdk1 qui va provoquer l'« ouverture » du bras permettant l'accès au site ATPasique de Cdk1. Le complexe cycline B-Cdk1 va être phosphorylé par l'enzyme Wee1 sur la thréonine 14 et la tyrosine 15 de Cdk1 qui empêche l'accès de l'ATP au site ATPasique.

Puis, l'enzyme CAK phosphoryle le complexe sur la thréonine 161 de Cdk1 qui permet l'« ouverture » du bras permettant au substrat l'accès au site substrat de Cdk1. Puisque l'accès au site ATP est bloqué, la Cdk reste inactive, donc ne peut pas encore phosphoryler le substrat. À ce stade, le complexe est phosphorylé 3 fois. Cela forme le pré-MPF.

Pour que ce dernier devienne actif et induise donc le passage en mitose, il doit être déphosphorylé sur les résidus 14 et 15 par Cdc25: cela provoque l'« ouverture » du bras permettant l'accès au site ATPasique. En effet, le complexe phosphorylé uniquement sur le résidu 161 de Cdk1 forme le MPF actif.

L'ATP au site ATPasique cède son groupement phosphate au substrat qui est ainsi phosphorylé. En fonction de la nature du substrat, cette phosphorylation va inhiber ou activer ce substrat.

Il y a donc une véritable compétition entre Wee1 qui est une kinase et qui va donc avoir tendance à phosphoryler sur les résidus 14 et 15 et ainsi inactiver le MPF ; et Cdc25 qui est une phosphatase et qui va donc tendre à déphosphoryler les résidus 14 et 15 et ainsi activer le pré-MPF en MPF actif. Il y a entrée en phase de mitose.

Wee1 est actif quand il n'est pas phosphorylé, alors que Cdc25 est actif uniquement lorsqu'il est phosphorylé. Il y a donc l'intervention d'autres protéines kinase et phosphatase.