Chap BIO 10 : TRANSMISSION DE L’INFORMATION LORS DE LA MITOSE

1. PARTIE 1 : BIOLOGIE CELLULAIRE ET MOLECULAIRE 1.4 L’INFORMATION GENETIQUE A L’ECHELLE CELLULAIRE Chap BIO 10 : TRANSMISSION DE L’INFORMATION LORS DE LA MITOSE II- Place de la mitose dans le cycle cellulaire Conclusion

2. II- Place de la mitose dans le cycle cellulaire

3. Toutes les cellules, à l'exception des hématies, des cellules nerveuses et des fibres musculaires squelettiques, sont susceptibles de se diviser en deux cellules filles ayant les mêmes caractères morphologiques et physiologiques que la cellule mère.

4. Le cycle cellulaire est l'ensemble des modifications qu'une cellule subit entre sa formation, par division de la cellule mère, et le moment où cette cellule a fini de se diviser en deux cellules filles grâce à la mitose. Il comprend l'interphase et la phase M ou mitose.

6. Les quatre phases du cycle cellulaire et le stade G0. Service "BioMédia" de l'Université Paris VI

7. Le cycle cellulaire des cellules des eucaryotes supérieurs comprend quatre phases.

8. Durant deux de ces phases, phase S et phase M, les cellules exécutent les deux événements fondamentaux du cycle : • réplication de l’ADN (phase S, pour synthèse) et • partage rigoureusement égal des chromosomes entre les 2 cellules filles (phase M, pour mitose).

9. Les deux autres phases du cycle, G1et G2, représentent des intervalles (Gap) : • au cours de la phase G1, la cellule effectue sa croissance, intègre les signaux mitogènes ou anti-mitogènes et se prépare pour effectuer correctement la phases S ; • au cours de la phase G2, la cellule se prépare pour la phase M.

10. Dans un cycle, les quatre phases se succèdent dans un ordre immuable : G1, S, G2 et M. • Les trois premières phases (G1, S, G2) constituent l’interphase, durant laquelle le noyau de la cellule est limité par une enveloppe nucléaire, alors que la mitose (M) est caractérisée par la disparition de cette enveloppe et par l’apparition des chromosomes. • Après la mitose, les cellules peuvent soit passer en G1, soit entrer en G0, stade quiescent de non division.

11. Les événements essentiels d’un cycle cellulaire sont les suivants : • La réplication de l’ADN (c’est à dire des chromosomes) et la duplication du centrosome, qui ont lieu au cours de la phase S.

12. La désorganisation de l’enveloppe nucléaire (par phosphorylation des lamines), la compaction des chromosomes (par phosphorylation des condensines et des histones), qui sont des événements qui caractérisent le début de la phase M ; l'alignement des chromosomes dupliqués à la métaphase, la séparation des chromatides-sœurs (par dégradation de cohésines) à l’anaphase de la mitose, et enfin la cytodiérèse, événement qui caractérise la fin de la mitose. • L’ensemble de ces événements aboutit à la formation de deux cellules filles identiques.

13. La multiplication cellulaire peut être déclenchée par des facteurs protéiques endocrines (sécrétés à distance de la cellule cible), autocrines (sécrétés par la cellule elle-même et agissant sur la cellule qui les a sécrétés), paracrines (sécrétés par des cellules situées dans le voisinage).

14. A- L’interphase

15. Mitose Contrôle Intégration des Signaux Extérieurs Contrôle Réplication de l ’ADN Contrôle

16. L’interphase est la période comprise entre la fin d'une division et le début de la suivante: elle correspond, en général, à la plus grande partie du cycle. • Le noyau est alors mécaniquement inactif, c'est-à-dire qu'il ne se divise pas.

17. L’interphase se décompose en une phase G1 (G : initiale de gap, intervalle), une phase S (synthesis; synthèse) et une phase G2. • La durée de cette phase non proliférative varie en fonction de la nature et des conditions physiologiques de la cellule : les cellules intestinales se divisent deux fois par jour, les cellules hépatiques une à deux fois par an. Ce sont là des cas extrêmes.

18. 1- La phase G 1

19. a- La phase G1 est une phase de synthèse

20. La phase G1 correspond à l'intervalle qui sépare la fin de la mitose et le début de la synthèse de l'ADN. • La phase G1 n'existe pas lors des premières divisions qui suivent la fécondation. • Au cours de la phase G1, la cellule  «  décide » si elle poursuit ou non le cycle.

21. Elle varie en fonction de la nature de la cellule (en général de 1 heure chez l'embryon à 6 mois-1 an dans le foie chez les Mammifères. • D'une manière générale, la phase G1 est la phase dont la durée est la plus variable. • Les mécanismes, qui contrôlent la croissance et la différenciation chez les êtres multicellulaires, sont liés à la machinerie de la phase G1.

22. Au cours de cette phase, importante pour la régulation du cycle cellulaire, la cellule contrôle son environnement et sa propre taille qui double avant la phase S. • Le passage de la phase G1 à la phase S est décisif, car il engage, de façon irréversible, la cellule dans le processus qui conduit à la division. • Il dépend de points de contrôle (START chez la Levure, point de restriction dans les cellules des Vertébrés).

23. La cellule, durant la phase G1, peut interrompre sa progression dans le cycle et entrer en phase G0 où elle reste des jours, des semaines ou des années sans se multiplier. • Elle peut retourner en phase G1, au même point de la phase G1.

24. La cellule néoformée contient la quantité d'ADN caractéristique de l'espèce, correspondant dans les cellules somatiques à 2 N chromosomes; cette quantité reste constante pendant toute la phase G1. • À ce stade, les chromosomes sont formés par un filament sinueux de chromatine, spiralé ou non.

25. La phase G1 est une phase de synthèse, au cours de laquelle la réplication de l'ADN ne se produit pas. • Les cellules viennent de se diviser : leur volume cytoplasmique est faible. • La cellule synthétise donc des molécules d'ARN (ARNm, ARNr, ARNt) et assure la production des protéines nécessaires à l'accroissement de la cellule. • Durant cette phase, chaque chromosome est formé d'une molécule d'ADN (double hélice) associée aux histones.

26. b- Le point de restriction

27. Le point G ou R est le point qui sépare deux parties fonctionnellement différentes de la phase G1, G1-pm (G1-post-mitose) et G1-ps (G1-postsynthèse). • G1-pm couvre l'intervalle qui court de la fin de la mitose au point R. G1-ps définit la période qui commence au point R et qui s'achève au début de la synthèse. Maillet, M., (2002). Biologie cellulaire. Paris : Masson. (9ème édition)

28. La durée de G1-pm est constante (environ 3 heures).

29. Pendant G1-pm, le cytosquelette se réorganise, la chromatine se décondense, la protéosynthèse est très active. • La progression au cours de G1-pm requiert la stimulation continue par des signaux mitogènes (facteurs de croissance). • L’interruption des signaux mitogènes ou l'inhibition de la synthèse protéique provoque la sortie du cycle cellulaire vers la phase G0 chez les cellules normales. • Une nouvelle stimulation, par des signaux mitogènes, permet à la cellule en phase G0 de retourner au même point de G1-pm.

30. La cellule, dès le début de G1-ps, est devenue indépendante des facteurs de croissance : elle parcourt G1-ps en 3 à 13 heures. • On connaît mal, actuellement, le mécanisme de la transition de la dépendance aux facteurs de croissance à l'indépendance vis-à-vis de ces facteurs. • Au cours de G1-ps, les protéines s'accumulent dans le cytoplasme, la cellule ajuste sa taille avant la synthèse de l'ADN.

31. c- Les facteurs de croissance

32. Il existe, chez les Vertébrés, une cinquantaine de substances susceptibles de déclencher le cycle cellulaire donc la mitose.Ces substances portent le nom de facteurs de croissance. • Elles agissent à des concentrations très faibles de l'ordre de 10-12 à 10-9 M.

33. Les plus connues sont :

34. NGF (nerve growth factor) : c'est un facteur de croissance nerveux. Il contrôle la croissance de neurones. Il intervient essentiellement dans la différenciation morphologique et biochimique de ces neurones.

35. FGF (fibroblastgrowth factor; facteur de croissance des fibroblastes). Les FGFs interviennent non seulement dans la croissance des fibroblastes, mais également dans celle des cellules endothéliales et des myoblastes.

36. 2- La phase S

37. La synthèse de l'ADN est coordonnée avec celle des histones: les ARNm des histones sont synthétisés au cours de la phase S, puis détruits immédiatement après la réplication.

38. 3- La phase G2

39. Cette phase courte, d'une durée de 4 à 5 heures, débute dès que la réplication de l'ADN est achevée. • La cellule contient le double de la quantité habituelle d'ADN: c'est une cellule tétraploïde.

40. Cette phase prépare la mitose : un certain nombre de facteurs sont synthétisés, en particulier les facteurs de condensation des chromosomes ou protéines SMC. • Les protéines SMC rappellent, par leur structure, celle de la kinésine et de la myosine. Il s'agit de protéines mécanochimiques de la chromatine (protéines motrices de la chromatine). L’activité d'un tel moteur provoque l'enroulement de la chromatine et permet sa condensation. • Il se produit aussi des phosphorylations des histones H1, qui interviendraient également dans la condensation des chromosomes.

41. B- Les chromosomes et le cycle cellulaire

42. Au cours du cycle cellulaire, les chromosomes subissent eux aussi un cycle. • Pendant la phase G1, les chromosomes sont constitués par une fibre nucléosomique. • À la fin de la phase S, ils sont formés par deux fibres nucléosomiques réunies par un centromère. • Au cours de la phase M, les fibres nucléosomiques sont fortement condensées et chacune d'elles se dispose autour de protéines, formant l'axe chromosomique.

43. Maillet, M., (2002). Biologie cellulaire. Paris : Masson. (9ème édition)

44. Les chromosomes métaphasiques sont constitués par deux chromatides appariées et réunies, au niveau d'une zone de constriction dite primaire, par l'intermédiaire de leur centromère. • Chaque centromère correspond à une zone de chromatine très condensée (hétérochromatine). • Au niveau du centromère, des complexes protéiques spécialisés, les kinétochores, se différencient un peu avant la fin de la prophase. • Dès le début de l'anaphase, les chromatides se séparent, de telle sorte que chaque chromosome devient monochromatidien : chacun possède une constriction primaire et un kinétochore. • À la fin de la télophase, les chromosomes perdent leur structure par déspiralisation.

45. Les centromères et les kinétochores sont des structures responsables de l'accrochage bipolaire des chromosomes au fuseau en cours de formation,du rassemblement des chromosomes au niveau de la plaque équatoriale, de la séparation simultanée des chromatides soeurs par destruction d'une glu moléculaire et de leur mouvement au cours de l'anaphase.

46. La séparation des chromatides dépend de celle des centromères de chaque chromatide. Elle se produit grâce • à une population spécifique de topoisomérases II associée au cycle cellulaire; le centromère se distingue du reste du chromosome par la quantité élevée de topoisomérases, qui décroît après la séparation des chromatides; ces topoisomérases agissent sur les zones d'attachement de l'ADN satellite; • à la dégradation de la cohésine.

47. C- Contrôle du cycle cellulaire

48. 1- Mise en évidence de l'existence d'un contrôle du cycle cellulaire

49. Les événements et les différentes phases du cycle cellulaire étaient connus depuis longtemps. • La remarquable constance de la succession des différentes phases suggérait un contrôle tout au long du cycle.

50. Fig 17-13 Programmateur central qui déclenche les étapes en tournant Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition).