DIVISIONS CELLULAIRES ET MATURATION MEIOTIQUEย
GENERALITES
Le cycle cellulaire eucaryote est lโensemble des processus qui permet aux cellules de se multiplier de faรงon clonale. Ainsi un organisme humain adulte est constituรฉ de milliards de cellules, provenant toutes d’une mรชme cellule: lโovule fรฉcondรฉ. Avant qu’une cellule puisse se diviser, elle doit atteindre une taille critique et dupliquer son matรฉriel gรฉnรฉtique. Puis elle sรฉpare ses chromosomes de maniรจre รฉquivalente entre les deux cellules filles. Tous ces processus sont coordonnรฉs durant le cycle cellulaire. La mitose vise ร rรฉpartir dans les cellules somatiques le patrimoine gรฉnรฉtique, doublรฉ lors de la phase de rรฉplication, de maniรจre รฉquivalente dans chaque cellule fille. La mรฉiose est une forme de division trรจs particuliรจre qui concerne les cellules germinales. Elle a pour but de rรฉpartir une version haploรฏde du gรฉnome dans les quatre cellules filles issues de deux sรฉries de divisions mรฉiotiques sans synthรจse dโADN intermรฉdiaire. Elle permet le brassage gรฉnรฉtique essentiel ร diversitรฉ de lโespรจce. La comprรฉhension des mรฉcanismes rรฉgulant la mitose et la mรฉiose est donc fondamentale.
Tout au long de ma thรจse, jโutiliserai des termes abrรฉgรฉs qui sont explicitรฉs ร la page ยซ liste des abrรฉviations ยป.
LE CYCLE CELLULAIRE
Le mode de division cellulaire historiquement le plus รฉtudiรฉ est la mitose, qui sโinscrit dans le cadre plus gรฉnรฉral du cycle cellulaire. Afin de pouvoir effectuer des comparaisons entre la mitose et la mรฉiose, je vais briรจvement introduire les รฉvรจnements composant le cycle cellulaire, qui comporte deux phases principales: lโinterphase et la mitose .
Lโinterphase
Lโinterphase est la phase de croissance de la cellule. Elle est subdivisรฉe en trois phases, la phase G1 (G pour Gap), S (phase de synthรจse de lโADN) et G2 (figure 1). Durant la phase G1, la cellule croรฎt. La synthรจse dโARNm et de protรฉines est trรจs รฉlevรฉe. Lorsque la cellule atteint une taille critique, elle entre en phase S, phase rรฉplicative. Lors de la phase rรฉplicative, les deux brins dโADN complรฉmentaire se sรฉparent et leur sรฉquence est recopiรฉe, donnant naissance ร deux chromatides identiques, formant un chromosome. Au fur et ร mesure de leur formation, les chromatides sลurs restent physiquement liรฉes grรขce ร lโassemblage de complexes protรฉiques nommรฉs cohรฉsines. Cela permet aux chromatides de ne pas se mรฉlanger, afin que chaque cellule fille hรฉrite dโune chromatide soeur. Ces complexes contiennent au moins quatre protรฉines: Smc1, Smc3, Scc1 et Scc3. Ces cohรฉsines sont retrouvรฉes chez tous les eucaryotes (dont le gรฉnome a รฉtรฉ sรฉquencรฉ), indiquant que le mรฉcanisme de liaison des chromatides sลurs entre elles est trรจs conservรฉ. A lโissue de la phase S, chaque chromosome est donc formรฉ de deux chromatides sลurs identiques liรฉes par les complexes de cohรฉsines. Parallรจlement ร la rรฉplication de lโADN, sโeffectue la rรฉplication du centrosome. Le centrosome est formรฉ de deux centrioles et de matรฉriel pรฉricentriolaire; il constitue le centre de nuclรฉation des microtubules (MTOC, MicroTubule Organizing Center). Les MTOCs organisent le rรฉseau microtubulaire au cours des phases du cycle.
Durant la phase G2, la rรฉplication de l’ADN est vรฉrifiรฉe afin de rรฉparer les erreurs รฉventuelles survenues lors de la synthรจse.
La mitose
La mitose ou phase M est une division clonale qui concerne les cellules somatiques et les cellules germinales prรฉ-mรฉiotiques. En phase M, lโADN est sous forme condensรฉe et les chromosomes sโindividualisent et sโalignent sur la plaque รฉquatoriale du fuseau de division. Ce fuseau est bipolaire et formรฉ de deux centrosomes ou de deux MTOCs, un ร chaque pรดle et les microtubules qui le constituent sont dans un รฉtat mรฉtaphasique: courts et extrรชmement dynamiques. Les chromatides sลurs constituant un chromosome sont ensuite sรฉparรฉes conduisant ร la formation de deux cellules filles ayant le mรชme contenu en ADN que la cellule mรจre. Aprรจs la division, les cellules retournent en phase G1 et le cycle cellulaire est bouclรฉ. Je dรฉtaillerai les รฉvรจnements morphologiques de la mitose ultรฉrieurement.
Coordination des diffรฉrentes phases du cycle cellulaire
La durรฉe globale du cycle cellulaire ainsi que la durรฉe respective de chaque phase du cycle varient suivant les types cellulaires. Les cellules en phase G1 ne poursuivent pas toujours le cycle cellulaire. Elles peuvent en effet quitter le cycle cellulaire et entrer en phase de quiescence (phase G0) si les conditions extรฉrieures ne sont pas propices ร leur multiplication. Les diffรฉrentes phases du cycle cellulaire sont donc prรฉcisรฉment coordonnรฉes. La succession des phases doit รชtre respectรฉe et une phase doit รชtre achevรฉe avant lโenclenchement de la phase suivante. Des erreurs de coordination peuvent conduire ร une instabilitรฉ gรฉnomique observรฉe dans les cellules cancรฉreuses. Pour coordonner le cycle cellulaire, il existe des points de contrรดle ou ยซ checkpoints ยป qui surveillent le bon dรฉroulement du cycle. Ces points de surveillance assurent le contrรดle de qualitรฉ du cycle cellulaire. En cas dโanomalies, ces mรฉcanismes de surveillance stoppent la progression du cycle et activent soit des processus de rรฉparation, soit de mort cellulaire par apoptose. Schรฉmatiquement, ce systรจme de rรฉgulation est organisรฉ en trois niveaux, avec des dรฉtecteurs (qui sont sensibles aux anomalies de lโADN, aux dรฉfauts du cytosquelette ou aux perturbations mรฉtaboliques), des transmetteurs (qui sont gรฉnรฉralement des protรฉines kinases et des molรฉcules rรฉgulatrices fonctionnant comme des adaptateurs) et enfin des effecteurs, qui modifient directement les molรฉcules impliquรฉes dans le dรฉroulement du cycle cellulaire, la rรฉplication et la rรฉparation de lโADN, ou lโapoptose (pour revue voir Pommier and Kohn, 2003). Trois points de contrรดle du cycle cellulaire ont รฉtรฉ pour lโinstant mis en รฉvidence (figure 1). Le premier intervient avant la transition G1/S, cโest le point ยซ START ยป chez la levure, appelรฉ point de restriction chez les eucaryotes supรฉrieurs. Il dรฉpend de la compรฉtence de la cellule ร entrer en phase S, donc de sa taille, de la qualitรฉ de lโADN et de facteurs externes. Le second intervient ร la transition G2/M et surveille si lโADN a รฉtรฉ endommagรฉ au cours de la rรฉplication. Le troisiรจme se situe en mitose et vรฉrifie que les cellules filles reรงoivent la mรชme quantitรฉ dโADN en vรฉrifiant lโalignement des chromosomes sur la plaque mรฉtaphasique du fuseau de division. Je dรฉtaillerai ce dernier point de contrรดle plus tard.
Contrรดle molรฉculaire du cycle cellulaire
Le cycle cellulaire est contrรดlรฉ par lโactivitรฉ des complexes CDK/Cyclines. La CDK (Cyclin Dependent Kinase) est la sous-unitรฉ catalytique possรจdant lโactivitรฉ kinasique et la Cycline est la sous-unitรฉ rรฉgulatrice. Ces kinases vont phosphoryler des substrats spรฉcifiques en des phases prรฉcises du cycle. La concentration intracellulaire des protรฉines CDK ne variant pas au cours du cycle cellulaire, lโactivitรฉ des complexes CDK/Cyclines est modulรฉe par quatre types de rรฉgulations:
Rรฉgulation par phosphorylation
Il existe deux niveaux de rรฉgulation par phosphorylation les complexes CDK/Cyclines: une phosphorylation inhibitrice (sur les rรฉsidus Tyrosine et/ou Thrรฉonine) ou activatrice (sur les rรฉsidus Thrรฉonine ou Sรฉrine) directe sur les CDK, ou bien une rรฉgulation indirecte via la phosphorylation inhibitrice ou activatrice du complexe CDK/Cycline.
Rรฉgulation par association aux Cyclines et par la stabilitรฉ des Cyclines
Les Cyclines sont caractรฉrisรฉes par leur apparition pรฉriodique ร des moments prรฉcis du cycle. Ces variations sont fonction des niveaux de transcription des ARNm codant pour les Cyclines et de la dรฉgradation de ces protรฉines. D’une maniรจre gรฉnรฉrale, les Cyclines favorisent l’expression des Cyclines de la phase suivante et rรฉpriment l’expression ou favorisent la dรฉgradation des Cyclines de la phase prรฉcรฉdente (Murray, 2004). Des mรฉcanismes de dรฉgradation de ces protรฉines sont mis en place afin d’assurer la progression de la cellule dans le cycle. La dรฉgradation des Cyclines permet lโinactivation du complexe CDK/Cycline correspondant (je dรฉtaillerai ce mรฉcanisme de dรฉgradation plus loin). L’activitรฉ des CDK est rรฉgulรฉe par leur liaison aux Cyclines. Cette liaison induit des changements conformationnels de la CDK permettant l’accรจs au site catalytique et aux sites de phosphorylation activateurs ou inhibiteurs pour certaines CDK.
Rรฉgulation par les CKI
Les inhibiteurs de CDK, les CKI, assurent un autre niveau de rรฉgulation des complexes CDK/Cyclines. Ces CKI exercent leur activitรฉ inhibitrice en interagissant avec les CDK ou le complexe CDK/Cycline. Ils peuvent bloquer l’engagement d’une phase, mais peuvent รฉgalement agir au cours d’une phase du cycle cellulaire.
|
Table des matiรจres
INTRODUCTION
DIVISIONS CELLULAIRES ET MATURATION MEIOTIQUE
I. GENERALITES
II. LE CYCLE CELLULAIRE
1. Lโinterphase
2. La mitose
3. Coordination des diffรฉrentes phases du cycle cellulaire
4. Contrรดle molรฉculaire du cycle cellulaire
41. Rรฉgulation par phosphorylation
42. Rรฉgulation par association aux Cyclines et par la stabilitรฉ des Cyclines
43. Rรฉgulation par les CKI
44. Rรฉgulation par localisations diffรฉrentielles
III. LA MATURATION MEIOTIQUE
1. Lโovogรฉnรจse et les diffรฉrents arrรชts du cycle
2. Gรฉnรฉralitรฉs sur la maturation mรฉiotique chez la souris
21. Les diffรฉrentes phases de la mitose
22. Les diffรฉrents รฉvรจnements de la maturation mรฉiotique chez la souris
3. Reprise de la mรฉiose
31. La levรฉe du blocage en prophase: diminution de lโAMPc et de lโactivitรฉ PKA
32. Activation et rรฉgulations du MPF en rรฉponse ร la baisse dโactivitรฉ PKA
a) Le MPF
b) Formation de lโamorce de MPF
i. Formation dโune amorce de MPF ร partir du prรฉ-MPF
ii. Formation dโune amorce de MPF ร partir de CDK1 monomรฉrique
c) boucle dโauto-amplification
d) Diffรฉrences xรฉnope/souris
i. Les nรฉo-synthรจses protรฉiques
ii. Candidats pour les nรฉo-synthรจses protรฉiques chez le xรฉnope
33. Lโentrรฉe en mitose
4. Premiรจre phase M de mรฉiose
41. Cas gรฉnรฉral de la formation des fuseaux de division et de lโalignement des chromosomes
a) Les microtubules et les protรฉines associรฉes
i. Les microtubules
ii. Facteurs stabilisants et dรฉstabilisants
iii. Les moteurs associรฉs.
b) Les diffรฉrents types de microtubules dans un fuseau de division
c) Changement dโรฉtat des microtubules en dรฉbut de division cellulaire
d) Mise en place du fuseau
i. cas des cellules avec centrosomes pourvus de centrioles
ii. Sans centrioles: quelles cellules?
iii. Un systรจme dรฉpendant de la chromatine
iiii. effet chromatine et la voie Ran.
iiiii. les cibles de la voie Ran
e) Les kinรฉtochores et les mouvements des chromosomes dans le fuseau
i. Congression
f) Fuseaux et MAP Kinase
42- Cas particulier de lโovocyte de souris: formation, migration du fuseau de mรฉiose I et division asymรฉtrique
a) Formation du fuseau de mรฉiose I chez la souris
b) Migration du fuseau
i. Migration du fuseau et voie Mos/โฆ/MAPK
ii. Migration du fuseau et Formine
5. Sortie de premiรจre phase M
51. Le point de contrรดle du fuseau en mitose
a) Point de contrรดle du fuseau et dรฉgradation.
b) Les cibles du point de contrรดle
i. La Cycline B
ii. La sรฉcurine
iii. La sรฉparase, cible de la sรฉcurine
c) les composants du point de contrรดle.
d) dรฉfauts dรฉtectรฉs
e) Interactions des protรฉines du point de contrรดle.
f) LโAPC et ses rรฉgulations
i. APC/CDC20
ii. APC/CDH1.
iii. phosphorylations et dรฉphosphorylations de lโAPC.
52. Alignement et sรฉparation des chromosomes homologues en mรฉiose I
53. Existence dโun point de contrรดle du fuseau en mรฉiose I?
a) Cas du xรฉnope
b) Cas de la levure et du nรฉmatode
c) Cas de lโhomme et de la souris
6. Transition entre les deux phases M de mรฉiose
61. CDC6
62. Rรดle des Cyclines
63. Rรดle de la voie Mos/โฆ/MAPK
64. Wee1
7. Seconde phase M de mรฉiose et arrรชt CSF en mรฉtaphase II
71. Reformation du fuseau de division et alignement des chromosomes
72. Arrรชt en mรฉtaphase II
a) Le CSF
b) Voie Mos/โฆ/MAPK et รฉtablissement de lโarrรชt CSF
c) Emi1 et le maintien de lโarrรชt CSF
d) CDK2/Cycline E
73. fรฉcondation
RESULTATS
ARTICLE 1
ARTICLE 2
ARTICLE 3
CONCLUSIONS
Tรฉlรฉcharger le rapport complet