PLAN: La Mitose du cycle cellulaire
La Mitose
La mitose correspond à une partie de la phase M, qui est après la phase S et après la transition de G2.
On peut dire qu’il y a 5 étapes car il y a une autre étape entre la prophase et la métaphase appelé prométaphase.
Les deux dernières phases sont passives.
Une fois que cette mitose est terminée le second événement majeur de la phase M est la cytocinèse.
Les 5 étapes sont :
Prophase : les chromosomes se condensent.
Prométaphase : rupture de l’enveloppe nucléaire.
Métaphase : les chromosomes sont alignés à l’équateur du fuseau, à mi-chemin des pôles du fuseau.
Anaphase : les chromatides sœurs se séparent. = acensions anaphasique
Télophase : Réassemblage de l’enveloppe nucléaire par mise en place de l’anneau contractile.
La cytocinèse est la dernière étape de la phase M : le cytoplasme est divisé en 2 par l’anneau constricteur composé d’actine et de myosine qui pince la cellule en deux pour créer deux cellules filles avec chacune un noyau.
La mitose peut être divisée en deux parties principales, chacune est gouvernée par des composantes distinctes du Système de contrôle du cycle cellulaire, elles sont dues à :
- Augmentation rapide de l’activité M-Cdk
o Au point de contrôle G2/M qui déclenche les événements précoce de la mitose.
o Au cours de cette période M-Cdk et plusieurs autres protéines kinases mitotiques phosphorylent plusieurs protéines, conduisant
o A l’assemblage du fuseau mitotique
o Et à son attachement aux paires de chromatides sœurs
- APC/C
o Le complexe APC/C déclenche ainsi la destruction des cyclines, ce qui conduit à l’inactivation de Cdk et à la déphosphorylation de ses cibles de qui est nécessaire pour tous les événements de la phase M tardive.
TOUTES LES CYCLINES S’EFFACENT A LA TRANSITION METAPHASE- ANAPHASE
1) M-Cdk conduit l'entrée en mitose
La M-Cdk va phosphoryle tout ce qu’il y a autour d’elle.
Les rôles du M-Cdk :
• S'assurer que chaque chromatide sœur de chaque paire est bien attachée aux pôles opposés du fuseau mitotique
• Déclenche aussi
– la condensation des chromosomes,
– la réorganisation à grande échelle des chromatides sœurs entrelacées en structures compactes semblables à des bâtonnets
• Dans les cellules animales, M-Cdk favorise aussi la rupture de l'enveloppe nucléaire et les réarrangements du cytosquelette d'actine et de l'appareil de Golgi
M-Cdk ne fonctionne pas seule pour phosphoryler les protéines clés impliquées dans le début de la mitose . Deux familles supp de protéine kinases contribuent de façon importante au contrôle des événements mitotiques précoses :
- Les polo-like kinases ou Plk
o Nécessaire à l’assemblage normal du fuseau mitotique bipolaire
- Les Aurora-kinases
o La A : Aide au contrôle des prot qui gouvernent l’assemblage et la stabilité du fuseau (microtubules)
o La B : contrôle l’attachement des chromatides sœurs au fuseau (avec les kinétochores)
2) La déphosphorylation active M-Cdk au commencement de la mitose
L’activation de M-Cdk commence avec l’accumulation de cycline M.
Dans les cycles de cellules embryonnaires, la synthèse des cyclines M a lieu tout au long du cycle et son accumulation résulte de la forte stabilité de ces protéines pendant l'interphase
Dans la plupart des types cellulaires cependant, la synthèse de cycline M augmente pendant les phases G2, et M, en raison principalement d'une augmentation de la transcription du gène de la cycline M
Rôle de Cdc 25 : ils vont intervenir en élevant les phosphates inhibiteurs (créer par Wee1) qui bloquaient l’activité de M-Cdk.
3) Les condensines aident à configurer les chromosomes dupliqués pour leur séparation
Afin qu’il n’y est pas de rupture de chromosome au cours de l’anaphase la cellule consacra une grande quantité d’énergie pour réorganiser les chromatides sœurs.
Deux processus vont être mis en place :
- La condensation des chromosomes
- Résolution des chromatides sœurs qui résulte d’une décaténation des ADN sœurs.
La condensation et la résolution des chromatides sœurs dépendent, du moins en partie, de la condensine. C’est un complexe protéique composé de cinq sous-unités qui a une forme semblable à celle de la cohésine.
Les condensines sont des dimères (deux monodimères avec une tête et une queue)
2 sous unités SMC, 3 sous unités non SMC
4) Le fuseau mitotique est une machinerie à base de microtubules
Le fuseau mitotique est une machinerie complexe, dont dépend (chez tous les eucaryotes) la ségrégation des chromosomes. C’est l’évènement central de la mitose.
Le fuseau mitotique a une organisation bipolaire de microtubules, qui tirent et séparent les chromatides sœurs au cours de l’anaphase.
M-Cdk déclenche l’assemblage du fuseau au début de la mitose, parallèlement à la restructuration des chromosomes que nous venons de décrire.
On peut distinguer plusieurs types de microtubules :
- les microtubules interpolaires
o Ils réunissent un pôle à l’autre, on a des – ensemble donc beaucoup de + ensemble, il y a alors un chevauchement de + donc il faut un réarrangement antiparallèle. Les extrémités moins seront sur le centrosome (contient de la gamma tubuline et une paire de centrioles (une mère et une fille) sans paire de microtubules centraux).
Les végétaux supérieurs et ovocytes de beaucoup de vertébrés ne possèdent pas de centrosome mais il peut quand même y avoir une nucléation des microtubules.
5) Des protéines motrices dépendantes des microtubules dirigent l'assemblage et le fonctionnement du fuseau mitotique
Le fonctionnement du fuseau mitotique dépend de nombreuses protéines motrices notamment les kinésines (vers le +) et les dynéines (vers le -).
Les flèches bleus : vers le –
Les flèches rouges : vers le +
- La kinésine 5 : 2 domaines moteurs
- Les kinésines 14 : marchent pas d’extrémité – (c’est une exception mais si dans un qcm on a : les kinésines marchent dans l’extrémité + on met oui même si il existe des exception)
- Les kinésines 10 et 4 : vers le +6) De nombreux mécanismes collaborent à l'assemblage d'un fuseau mitotique bipolaire
L’un dépend des centrosomes :
- Cellule animale type entre en mitose avec une paire de centrosomes
Les autres mécanismes sont basés sur la capacité des chromosomes mitotiques à se nucléer et à stabiliser les microtubules.
7) La duplication du centrosome se produit tôt dans le cycle cellulaire
Les deux centrioles vont petits à petit s’écarter l’un de l’autre et ils vont donner naissance à des centrioles filles (oui la fille donne naissance à une fille). On a donc 2 centrosomes. = la fille devient mère et la mère reste mère. (C’est étrange mais voilà c’est à prendre comme ça)
Réplication des centrosomes : cyliogénèse = formation des cils, mise en mise du cil primaire à partir des centrioles. Le centriole va migrer sous la MP et va donner après s’être multiplier un bon nombre de fois va donner naissance à des cils.
8) L'assemblage du fuseau pendant la prophase est initié par M-Cdk
9) Dans les cellules animales, l'assemblage du fuseau ne peut s'achever qu'après la rupture de l'enveloppe nucléaire
Sous l’effet de la rupture nucléaire : les M vont former des petits bouts de vésicules. Les complexes de pores vont se désassembler mais avant ils ont tous étaient marqué par un signal de localisation nucléaire qui fait qu’ils sont partout mais qu’il est possible de les faire revenir.
10) L'instabilité des microtubules augmente fortement au cours de la mitose
Rappel sur les microtubules :
- Le changement entre croissance et raccourcissement est appelé catastrophe
- Le changement entre raccourcissement et croissance est appelé sauvetage.
La demi-vie des microtubules du fuseau mitotique décroit de façon spectaculaire (notamment quand on en a besoin ils deviennent moins stables).
11) Les chromosomes de mitose facilitent l'assemblage d'un fuseau bipolaire
Par la création d’un environnement qui favorise à la fois la création de microtubules et leur stabilisation, ils jouent un rôle actif dans la formation du fuseau.
On a montré cela en déplaçant un chromosome on a vu que un nouveau fuseau avec ses microtubules se forme autour de ce chromosome et il le ramène.
Le mécanisme moléculaire qui correspond à cela c’est le GEF (importation des protéines à l’intérieur du noyau) qui est un facteur d’échange des nucléotides à guanine qui est lié à la chromatine, ce GEF stimule une petite GTPase du cytosol appelée Ran (protéine) pour quelle se lie à GTP à la place de GDP.
Si on enlève le centrosome le fuseau mitotique peut quand même se former.
Donc le centrosome ne digère pas tous ! C’est un lieu de nucléation mais des fois il peut y avoir nucléation sans lui donc il n’est pas essentiel à la cellule.
12) Les kinétochores attachent les chromatides sœurs au fuseau
Chaque site d’attache d’un microtubule repose sur de nombreuses copies d’un complexe de prot en forme de bâtonnet appelé complexe Ndc80, l’un de ses extrémités est ancré dans le kinétochore et l’autre agit avec le côté du microtubule l’attachant ainsi fermement au kinétochore, tout en permettant encore l’addition et l’enlèvement de sous-unités de tubuline à cette extrémité.
Les kinétochores ne s’attachent pas au pôle du fuseau et sont dynamiques !
Le kinétochore est complexe, qui a pour rôle d’attacher le microtubule au centromère tout en maintenant le côté dynamique de l’extrémité + du microtubule.
13) La bi-orientation est effectuée par tâtonnements
Les kinétochores sont construits et orienté dos à dos.
L’Aurora kinase B est une protéine du kinétochore qui phosphoryle, une de ses extrémités est fixé dans le kinétochore interne, l’autre de ces extrémités est fixé dans la partie externe du kinétochore. Lorsqu’il y a une certains tractions sur cette Aurora kinase B elle ne peut plus phosphoryler la protéine qui inhibe la liaison entre le microtubule et le kinétochores externe. 14) Des forces multiples déplacent les chromosomes sur le fuseau
15) le complexe APC/C déclenche la séparation des chromatides sœurs et l’achevement de la mitose
Après que M-Cdk a déclenché les processus complexes qui ont lieu au début de la mitose, le cycle cellulaire atteint son apogée avec la séparation des chromatides sœurs à la transition entre métaphase et anaphase
Cette séparation intervient par l’intervention de APC/C à l’aide d’enzyme (donc des protéines), c’est ubiquitinylation.
Les Cdc20 qui sont des protéines sont très conservées et c’est pratiquement leur seul rôle.
La sécurine empêche la separase de séparer les chromatides. Quand la sécurine se dépare de la séparase il peut avoir la séparation des chromatides.
En plus de la sécurine, APC/C cible aussi les cyclines S et M pour les détruire, conduisant à la perte de la majorité de l'activité Cdk au cours de l'anaphase
Cette inactivation des Cdk permet aux phosphatases de déphosphoryler les nombreux substrats cibles des Cdk de la cellule, comme cela est nécessaire pour terminer la mitose et la cytocinèse
L’APC/C sera déclenché par la Cdc20.
Contrôle de Cdc20 : il existe au moins de mécanismes
- La synthèse de Cdc20 augmente lorsque la cellule approche de la mitose, à la suite d'une augmentation de la transcription de son gène
- La phosphorylation d'APC/C aide Cdc20 à se lier à APC/C, aidant ainsi à former un complexe actif
Parmi les kinases qui phosphorylent APC/C et donc l'activent, on trouve M-Cdk
16) Les chromosomes non attachés bloquent la séparation des chromatides sœurs ; le point de contrôle de l’assemblage du fuseau
Protéine Aurora-B-kinase. Cette protéines est capable de réagir à la tension et régule la séparation des chromatides.
Le signal négatif au point de contrôle est fait par Mad2, il est nécessaire à la capture du point de kinétochore.
17) Les chromosomes se séparent au cours de l'anaphase A et B
La perte soudaine de la cohésion des chromatides sœurs au commencement de l’anaphase engendre la séparation des chromatides = ségrégation des chromosomes.
On décrit 2 étapes indépendante :
- Anaphase A (mouvement des chromosomes / chromatide vers les pôles, les chromatides s’écartent)
- Anaphase B (séparation des pôles qui s’écartent)
18) Les chromosomes séparés sont empaquetés dans les noyaux fils à la télophase
Télophase : reconstruction de l’enveloppe nucléaire (logique)
Des complexes de pores nucléaires devront être incorporés dans l’enveloppe par des signaux nucléaire.
Une fois l'enveloppe nucléaire reformée, les complexes des pores nucléaires pompent des protéines nucléaires vers le noyau, le noyau grossit et les chromosomes mitotiques se réorganisent pour retrouver leur état d'interphase, permettant ainsi à nouveau la transcription des gènes
Nous avons vu plus tôt que la phosphorylation de diverses protéines par M-Cdk déclenche
– l'assemblage du fuseau,
– la condensation des chromosomes et
– la rupture de l'enveloppe nucléaire au début de la mitose
Il n'est donc pas surprenant que la déphosphorylation de ces mêmes protéines soit nécessaire pour
– le désassemblage du fuseau et
– la reformation des noyaux fils pendant la télophaseEnseignement de la mitose du cycle cellulaire pour la faculté de médecine