Régulation du cycle cellulaire eucaryote
Tout d'abord, définissons ce qu'est le cycle cellulaire.
Le cycle cellulaire est défini comme la séquence d'événements qui aboutit à la prolifération des cellules.
Chez les eucaryotes, le cycle cellulaire comprend deux phases : l'interphase et la mitose.
Jetons un coup d'œil à l'interphase. Ici, la cellule passe par toute la préparation nécessaire à la division cellulaire. L'interphase est divisée en trois phases : La phase G1, la phase S et la phase G2. La première étape de l'interphase est la phase G1 ou la première phase d'écart. Au cours de cette étape, la cellule se développe et se prépare à la réplication de l'ADN. En outre, c'est la phase la plus longue du cycle cellulaire.
La phase S est l'étape où se produit la réplication de l'ADN. La réplication de l'ADN peut être divisée en trois étapes : l'initiation, l'élongation et la terminaison.
Étape 1 : Initiation - Au cours de cette étape, un complexe de pré-réplication recherche les origines de la réplication, qui sont des séquences nucléotidiques spécifiques le long du brin d'ADN. Contrairement aux procaryotes, les eucaryotes ont plusieurs origines de réplication.
Ensuite, l'enzyme hélicase se lie aux origines de réplication et déroule/sépare le brin d'ADN, créant ainsi une fourche de réplication. Les deux brins d'ADN seront alors utilisés comme modèle pour synthétiser un nouveau brin complémentaire. Pour éviter que l'ADN simple brin ne devienne instable, des protéines de liaison de l'ADN simple brin se lient à chaque brin.
Tandis que l'ADN hélicase déroule le brin d'ADN, l'ADN topoisomérase travaille en amont de l'ADN hélicase pour empêcher l'enroulement en aval de la fourche de réplication.
En fait, ces protéines aident à relâcher la tension dans les bobines d'ADN.
Étape 2 : Elongation - Maintenant que les brins d'ADN sont prêts à être synthétisés, il est temps de recruter l'enzyme ARN primase. Son rôle est de synthétiser au hasard de petites longueurs d'ARN, appelées amorces d'ARN. Par chance, l'une de ces amorces d'ARN sera complémentaire du brin d'ADN nouvellement ouvert et se liera à lui !
Ensuite, l'ADN polymérase se lie à ce nouvel emplacement double brin et commence à ajouter des nucléotides complémentaires au brin modèle. Comme l'ADN polymérase synthétise l'ADN dans le sens 3' à 5', le brin complémentaire est formé dans le sens opposé (5' - 3'). Ce brin d'ADN nouvellement formé est appelé brin principal.
Pour l'autre brin d'ADN, la réplication de l'ADN ne se déroule pas aussi facilement. Dans ce cas, l'ARN primase crée de nombreuses amorces d'ARN qui se fixent à différents endroits sur la longueur du brin d'ADN, offrant ainsi à l'ADN polymérase de nombreuses extrémités 3' auxquelles elle peut se fixer et ajouter des nucléotides ! Ces fragments d'ADN en croissance sont appelés fragments d'Okazaki.
Cependant, l'ADN polymérase ne peut pas relier deux fragments d'Okazaki ensemble. C'est donc une bonne chose que nous ayons une enzyme pour le faire - l'ADN ligase ! Après que l'ADN ligase a joint les fragments d'Okazaki, nous obtenons un brin d'ADN fini appelé brin retardataire.
Étape 3 : Terminaison - Lorsque l'ADN polymérase atteint une région de l'ADN où il y a des séquences répétées de TTAGGG (également connue comme la région du télomère du chromosome), l'ADN polymérase sait alors qu'il est temps de partir !
La troisième étape de l'interphase est la phase G2, ou phase gap two. Au cours de cette phase, les organites sont dupliqués et les cellules se préparent à la mitose, ou phase M.
Lamitose est la division d'une cellule en deux cellules filles identiques.
Protéines qui régulent le cycle cellulaire
Différentes étapes du cycle cellulaire peuvent être activées ou désactivées par des protéines et des enzymes. Ces régulateurs du cycle cellulaire sont les cyclines et les kinases dépendantes des cyclines (Cdk).
Lescyclines sont des protéines régulatrices du cycle cellulaire qui "activent et désactivent" les kinases.
Les cyclines peuvent être classées en cyclines D, E, A ou B, et chaque cycline régule une partie différente du cycle cellulaire.
Leskinases dépendantes des cyclines (Cdk) sont des enzymes kinases de contrôle du cycle cellulaire qui sont régulées par les cyclines.
Les kinases dépendantes des cyclines (Cdk) régulent les événements du cycle cellulaire en phosphorylant (en ajoutant un groupe phosphate) et en déphosphorylant (en enlevant un groupe phosphate) les protéines cibles afin de les activer ou de les désactiver. Cependant, une Cdk ne peut être activée que si une cycline se lie à elle, créant ainsi un complexe cycline-Cdk.
La concentration de Cdk reste relativement constante au cours du cycle cellulaire, mais la concentration de protéines cyclines varie en fonction de l'étape du cycle cellulaire, car elles contrôlent l'activation/désactivation des Cdks.
Ne te préoccupe pas pour l'instant du rôle de chaque cycline. Nous en reparlerons dans un instant !
Points de contrôle et régulation du cycle cellulaire
Pour s'assurer que tous les événements du cycle cellulaire se produisent au bon moment, le cycle cellulaire comporte quatre points de contrôle.
Les points decontrôle sont des pauses dans le cycle cellulaire qui vérifie l'exactitude des événements.
Le premier point de contrôle est le point de contrôle G1, également connu sous le nom de point de restriction. Ce point de contrôle recherche des dommages à l'ADN et des conditions favorables avant d'entrer dans la phase S. S'il trouve des dommages à l'ADN, il essaiera de les réparer. Mais si ce n'est pas possible, il déclenche l'apoptose. Maintenant, si les conditions ne sont pas favorables, il enverra la cellule dans une phase spéciale appelée phase G0.
Si tout est correct, la cellule passera à la phase S. Dans cette phase, nous avons le point de contrôle S, dont le rôle est de vérifier tout dommage à l'ADN qui pourrait survenir avant ou pendant la réplication de l'ADN. Le point de contrôle S empêche également la réplication de l'ADN, et après avoir donné un feu vert, la cellule passe à laphase G2.
Dans laphase G2, le point de contrôle G2 s'assure que tout l'ADN a été dupliqué et vérifie également que l'ADN n'a pas été endommagé. Enfin, dans la phase de mitose, le point de contrôle de l'assemblage du fuseau (M) s'assure que tous les chromosomes sont alignés sur la plaque métaphasique et attachés aux fibres du fuseau avant de passer à l'anaphase.
Mais pourquoi parlons-nous de points de contrôle ? C'est parce que la progression d'une cellule à travers le cycle cellulaire nécessite l'activation par la cycline de Cdks spécifiques!
Régulation du cycle cellulaire par les cyclines-cdk
Leskinases dépendantes des cyclines (Cdks ) contribuent à la régulation despoints de contrôle du cycle cellulaire. Le tableau ci-dessous présente quelques complexes cycline-Cdk importants impliqués dans la régulation du cycle cellulaire.
| Cycline | Kinase dépendante de la cycline (Cdk) | Fonction |
| D | Cdk 4, Cdk 6 | Entraîne la transition G1- S. (Également connu sous le nom de complexe G1/Cdk). |
| E | Cdk 2 | Régulation de la transition G1 - S. Elle engage la cellule dans la réplication de l'ADN. (Complexe également connu sous le nom de G1/S-Cdk) |
| A | Cdk 2 | Initiation de la réplication de l'ADN au début de la phase S. (Complexe connu sous le nom de S-Cdk). |
| B | Cdk 1 | Transition de la phase G2 à la phase M. Les cyclines favorisent les événements de la mitose (également connu sous le nom de complexe M-CDK). |
Décris comment le cycle cellulaire est régulé
Maintenant que nous avons appris à connaître le cycle cellulaire, ses différents points de contrôle et les protéines qui le régulent, mettons tout cela ensemble et examinons les complexes cycline-Cdk et la façon dont ils contribuent à réguler le cycle cellulaire.
Tout d'abord, différents complexes cycline-cdk sont formés (Cdk 4,6-cycline D, Cdk 2-cycline E). La protéine Rb (pRb), le produit du gène du rétinoblastome (RB), est phosphorylée pour initier la transition de la phase G1à la phase S. Cette phosphorylation active à son tour plusieurs gènes. À son tour, elle active plusieurs gènes nécessaires à la réplication de l'ADN en phase S.
- Lerétinoblastome est un suppresseur de tumeur qui contribue également à réguler le cycle cellulaire.
Lorsque la cellule entre en phase S, la cycline D est dégradée et le complexe S-Cdk se forme. Ce complexe déclenche la phase S. Après la réplication de l'ADN, le complexe S-Cdk est détruit.
La formation du complexe M-Cdk déclenche alors le début de la mitose !
Il ne fait aucun doute que la régulation du cycle cellulaire est très importante pour s'assurer qu'une cellule subit correctement la division cellulaire. Un défaut de régulation du cycle cellulaire peut entraîner la formation de cellules cancéreuses dans l'organisme !
Régulateurs du cycle cellulaire - Principaux enseignements
- Le cycle cellulaire se définit comme la séquence d'événements qui aboutit à la prolifération des cellules.
- Les principales protéines et enzymes impliquées dans la régulation du cycle cellulaire sont les cyclines et les kinases dépendantes des cyclines (Cdk).
- Lescyclines sont des protéines régulatrices du cycle cellulaire qui "activent et désactivent" les kinases.
- Leskinases dépendantes des cyclines (Cdk) sont des enzymes kinases de contrôle du cycle cellulaire qui sont régulées par les cyclines.
Références
- AP Central, AP Biology, College Board, 30 mai 2017.
- Princeton Review, Fast track biology : essential review for AP, honors, and other advanced study, The Princeton Review, 2020.
- Pack, P. E., AP biology, 2013.
- Hartwell, L., Goldberg, M. L., Fischer, J. A., & Hood, L. E., Genetics : from genes to genomes, Mcgraw Hill Education, 2021.
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