Cycle cellulaire: périodes et contrôle du cycle de vie cellulaire
Lisez cet article pour en savoir plus sur les périodes et le contrôle du cycle de vie des cellules!
Le cycle cellulaire (Howard et Pelc, 1953) est une série de changements qui surviennent dans une cellule nouvellement formée et qui impliquent sa croissance et sa division pour former deux cellules filles.
Il se compose de deux états, une longue interphase ou phase I croissante non divisible et une courte phase divisée M-phase ou mitotique. L'interphase est une série de changements qui se produisent dans une cellule nouvellement formée et son noyau avant qu'elle ne puisse à nouveau se diviser. Par conséquent, on l'appelle aussi inter-mitose. L'interphase ne peut pas être répertorié comme une étape de la mitose.
C'est un moment critique en termes de préparation de la division de la cellule car pendant cette phase, il y a duplication des chromosomes dans les cellules mitotiques et le doublement de la taille de la cellule. L'interphase occupe le temps entre la fin de la télophase et le début de la prochaine prophase. La durée de l'interphase varie d'un organisme à l'autre et occupe entre 75 et 90% du temps de génération total.
Périodes du cycle cellulaire:
Le cycle cellulaire est divisé en quatre périodes: G 1, S, G 2 et mitose. Sur la base des activités de synthèse, l’interphase est divisée en trois sous-étapes; Gj, S et G 2 (G représente la croissance et S la synthèse).
1. phase G 1 :
G d'interphase varie dans la longueur de temps occupant 25 à 50% du temps d'interphase. G 1 est le «décalage» temporel entre la fin de la mitose et le début de la synthèse de l'ADN (phase S). C'est la période la plus variable. Selon les conditions physiologiques des cellules, il peut durer des jours, des mois ou des années. Les cellules qui cessent de proliférer sont arrêtées à un point spécifique de G 1 et restent retirées du cycle cellulaire à l'état G 1 .
Le point le plus important dans la régulation de la prolifération cellulaire survient pendant G,, lorsque la décision cruciale de savoir si la cellule subit un nouveau cycle de division ou entre dans l'état G 0 est prise, mais on ignore comment cela est réalisé. La sous-étape G : est marquée par un certain nombre d'activités en préparation de la phase S et comprend la synthèse et l'organisation des substrats et des enzymes nécessaires à la synthèse de l'ADN. Par conséquent, G, est marquée par la synthèse de l'ARN et des protéines.
2. phase S:
C'est la période de la synthèse de l'ADN. Les chromosomes se répliquent pour cela (les molécules d’ADN agissent en tant que matrice et forment des copies carbone. Le contenu en ADN double et le jeu de gènes en double est formé. Parallèlement à la réplication de l’ADN, de nouvelles fibres de chromatine se forment, qui restent toutefois attachées deux à deux.
Les fibres de la chromatine étant des chromosomes allongés, chaque chromosome possède deux chromatides soeurs qui restent attachées au centromère. Les cellules en phase S contiennent des facteurs qui induisent la synthèse de l'ADN. Les histones sont synthétisées au cours de la phase S, période au cours de laquelle elles s'associent à l'ADN nouvellement répliqué.
Le sous-stade a une durée relativement constante parmi les cellules similaires d'une espèce, occupant 35 à 40% du temps d'interphase.
3. G 2 -phase:
Cette phase suit la synthèse de l'ADN et précède la mitose (M). Il se caractérise souvent par une augmentation du volume nucléaire et en moyenne; la durée de G 2 est similaire à celle de la mitose, 1-4 heures. Plus important encore, G 2 est la période au cours de laquelle se produisent certains événements métaboliques et organisationnels indispensables à la mitose.
Au cours de cette phase, les protéines nécessaires à la formation des fibres fusiformes sont synthétisées. Au début du G 2, les ribosomes sont synthétisés et ceux-ci sont réservés au cycle cellulaire suivant. L'ARN messager (ARNm) est également fabriqué en G 2 .
Avant la synthèse de l'ADN (en G), chaque chromosome apparaît généralement sous la forme d'un simple brin et la valeur de l'ADN est donc 2C, mais après S, dans G 2, le chromosome apparaît sous forme de chromatides à deux brins et le contenu en ADN a une valeur de 4C.
Au cours du stade S, le contenu en ADN a une valeur de 4C. Lorsque la mitose se produit, la valeur de l'ADN est restaurée à la valeur 2C ou en cas de méiose, chaque produit aura une valeur constante de l'ADN de 1C. La synthèse de l'ARN se produit tout au long de l'interphase, contrairement à la synthèse de l'ADN, qui ne se produit que pendant la phase S. La synthèse de l'ARN est réduite à deux périodes, pendant la phase S et la phase M.
Contrôle du cycle cellulaire:
1. Points de contrôle et leur réglementation:
L'initiation d'un cycle de division cellulaire nécessite la présence de facteurs de croissance extracellulaires, ou de mitogènes en l'absence desquels les cellules se retirent du cycle cellulaire chez G 1 et entrent dans la phase de repos G 0 . Le point de G 1 auquel les informations relatives à l'environnement de la cellule sont évaluées et à laquelle la cellule décide d'entrer dans un autre cycle de division s'appelle le point de restriction (ou point R). Les cellules privées de mitogènes avant d'atteindre le point R rentrent dans G 0 et échouent 10 subissent une division cellulaire.
Les cellules privées de mitogènes après avoir traversé le point R poursuivent leur cycle cellulaire pour achever la division cellulaire avant d'entrer dans G 0 . Dans la plupart des types de cellules, le point R apparaît quelques heures après la mitose. Le point R est d’une importance cruciale pour comprendre l’engagement des cellules à subir un cycle de division cellulaire. L'intervalle en G, entre la mitose et le point R est la période au cours de laquelle plusieurs signaux coïncident et interagissent pour déterminer le destin de la cellule.
Les parties du cycle cellulaire, telles que le point R, où le processus peut être arrêté, sont appelées points de contrôle. Les points de contrôle fonctionnent pendant les phases d'intervalle. Celles-ci permettent de s'assurer que la cellule est compétente pour subir un autre cycle de réplication de l'ADN (au point R de la phase G) et que la réplication de l'ADN a été complétée avec succès avant la division cellulaire (point de contrôle de la phase G 2 ).
2. Cyclines et kinases dépendantes des cyclines:
Un mécanisme majeur de contrôle de la progression du cycle cellulaire est la régulation de la phosphorylation des protéines. Ceci est contrôlé par des protéines kinases spécifiques constituées d'une sous-unité régulatrice et d'une sous-unité catalytique. Les sous-unités régulatrices sont appelées cyclines et les sous-unités catalytiques sont appelées kinases dépendantes des cyclines (CDK).
Les CDK n'ont aucune activité catalytique sauf si elles sont associées à une cycline et chacune peut s'associer à plus d'un type de cycline. La CDK et la cycline présentes dans un complexe spécifique CDK-cycline déterminent conjointement les protéines cibles qui sont phosphorylées par la protéine kinase.
Il existe trois classes différentes de complexes cycline-CDK, associées aux phases G 1, S ou M du cycle cellulaire.
(i) Les complexes G 1 CDK préparent la cellule pour la phase S en activant les facteurs de transcription qui entraînent l'expression des enzymes nécessaires à la synthèse de l'ADN et les gènes codant pour les complexes CDK en phase S.
(ii) Les complexes CDK en phase S stimulent le début de la synthèse organisée de l'ADN. La machinerie garantit que chaque chromosome est répliqué une seule fois.
(iii) Les complexes CDK mitotiques induisent une condensation des chromosomes et une séparation ordonnée des chromosomes dans les deux cellules filles.
L'activité des complexes CDK est régulée de trois manières:
(i) Par contrôle de la transcription des sous-unités du complexe CDK.
(ii) Par des inhibiteurs qui réduisent l'activité des complexes CDK. Par exemple, les complexes COK mitotiques sont synthétisés en phases S et G., mais leur activité est réprimée jusqu'à ce que la synthèse de l'ADN soit complète.
(iii) Par protéolyse organisée des complexes CDK à un stade défini du cycle cellulaire où ils ne sont plus nécessaires.
3. Régulation par E2F et Rb:
La progression du cycle cellulaire à travers G. et dans la phase S est en partie régulée par l'activation (et dans certains cas l'inhibition) de la transcription du gène, alors que la progression à travers les phases ultérieures du cycle cellulaire semble être régulée principalement par des mécanismes post-transcriptionnels. Le passage par la clé G 1 R dépend de l'activation d'un facteur de transcription, E2F.
E2F stimule la transcription et l'expression des gènes codant pour les protéines nécessaires à la réplication de l'ADN et à la synthèse des désoxyribonucléotides, ainsi que pour les cyclines et les CDK nécessaires dans les phases ultérieures du cycle cellulaire. L'activité de l'E2F est inhibée par la liaison de la protéine Rb (la protéine suppressive du rétinoblastome et les protéines associées).
Lorsque Rb est hypophosphorylé (sous-phosphorylé), l'activité de E2F est inhibée. La phosphorylation de Rb par des complexes cycline-CDK au cours de la phase moyenne et de la phase G 1 tardive libère E2F, de sorte qu'elle peut activer la transcription.
4. Activation et inhibition du cycle cellulaire:
Les petites protéines inhibitrices peuvent retarder la progression du cycle cellulaire en réprimant l'activité des complexes cycline-CDK. Il existe deux classes de ces inhibiteurs, les protéines CIP et les protéines INK4.
