LA MCANIQUE DE LA DIVISION CELLULAIRE Cycle cellulaire

LA MÉCANIQUE DE LA DIVISION CELLULAIRE

Cycle cellulaire • Interphase – G 1 – S (ynthèse de l'ADN) – G 2 • Phase M 2

Phase M • Mitose = division nucléaire • Cytocinèse = division cytoplasmique 3

Système de contrôle du cycle cellulaire = Cdk (Cyclin Dependant Kinase) • Activées les unes après les autres pendant le cycle – par les cyclines – et phosphorylation / déphosphorylation • Inactivées – par des CKI (Cdk Inhibitory proteins) – dégradation de la cycline 4

M-Cdk = cascade de phosphorylation – Condensation des chromosomes – Fragmentation de l'enveloppe nucléaire – Réorganisation du Golgi – Réorganisation du réticulum endoplasmique – Relâchement de l'adhésion cellulaire – Réorganisation du cytosquelette 5

APC (Anaphase Promoting Complex) • Dégrade des protéines spécifiques • Inactive M-Cdk à la fin de la mitose 6

Plan I - Vue générale de la phase M II - Mitose III - Cytocinèse 7

I - Vue générale de la phase M

Finalité de la phase M • Séparation et distribution* précise des chromosomes qui ont été répliqués pendant la phase S précédente • *Distribution = ségrégation 9

• Phase M du cycle cellulaire Fig 18 -1 10

Les trois faits de la phase M • Condensation des chromosomes – phosphorylation de l’histone H 1 • Fuseau mitotique • Anneau contractile – actine plus myosine II 11

1 - Condensation des chromosomes 12

Rôles des cohésines et condensines dans la configuration des chromosomes pour la ségrégation • Un chromosome = deux chromatides sœur • Deux chromatides sont maintenues par les cohésines • Condensation des chromosomes X 50 grâce aux condensines 13

Rôle des condensines • • • Activation de M-Cdk Phosphorylation de condensine Assemblage de condensine sur l'ADN Condensation des chromosomes Condensine + ATP + ADN en tube enroulement de l'ADN 14

• Mise en évidence de l'architecture interne du chromosome mitotique humain • Microscopie confocale – ADN en bleu – Axe en rouge AC anti condensine Fig 18 -2 Charpente de chaque chromatide Aspect en hélice de la charpente 15

Structures des cohésines et condensines • Proches • Fonctionnent ensemble • Si mauvaise cohésion il y aura mauvaise condensation et mauvaise ségrégation • Chez la levure : brutale dégradation des cohésines en anaphase séparation des chromatides • Chez les mammifères : la cohésine est libérée en début de mitose : il n'en reste qu'un peu en anaphase (mais suffisant pour maintenir la cohésion) 16

• Structure des cohésines et condensines – A - Domaine de liaison à l'ADN et à l'ATP à une extrémité, charnière à l'autre – B - Cohésine – C - Condensine Fig 18 -3 17

Hirano, T 1999 p 11 • Figure 3. SMC proteins as an ATPmodulated DNA crosslinker. • (A) A model of the Bs. SMC structure. The amino-terminal (N) and carboxy-terminal (C) domains of Bs. SMC contain the Walker A and B motifs, respectively. The antiparallel coiled– coil interaction of two SMC polypeptides brings the two motifs together, constituting an ATP-binding site (ATP) at each end of the molecule. The flexible hinge region allows Bs. SMC to make a scissoring action. Arrows indicate the N C direction of the polypeptide (adapted from Melby et al. 1998). • (B) Hypothetical interactions of SMC protein complexes and DNA. The SMC 2– SMC 4 (left) and SMC 1–SMC 3 (right) complexes may act as intramolecular and intermolecular DNA cross-linkers, respectively. For simplicity, the two SMC complexes are drawn as symmetrical structures with a flexible hinge. 18

2 - Les deux machines du cytosquelette en phase M 19

• Les deux machines du cytosquelette en phase M – Mitose : fuseau mitotique (Microtubules + protéines moteur ou pas) – Cytocinèse : anneau contractile = actine + myosine (phramoplaste chez les plantes) Fig 18 -4 20

Interphase • • Rien au microscope Augmentation de taille Dure 24 heures (mitose 1 heure) Deux événements préparatoires à la mitose : – Réplication de l'ADN – Duplication du centrosome 21

La mitose précède toujours la cytocinèse : deux mécanismes • Des protéines d'activation de mitose inactivent la cytocinèse • La région centrale du fuseau est nécessaire pour maintenir un anneau contractile fonctionnel. Il faut qu'il y ait une partie centrale au fuseau pour qu'il y ait un anneau contractile 22

3 - Centrosome 23

Duplication du centrosome • Aide à la formation des deux pôles du fuseau • Permet que chaque cellule fille ait son centrosome • Détermine le plan de division cytoplasmique 24

• Détermine le plan de division cytoplasmique Fig 18 -4 25

Centrosome (rappel) • Principal COMT (Centre Organisateur des Micro. Tubules) • Matériel amorphe = matrice centrosomale = matériel péri-centriolaire + une paire de centriole • Réseau radiaire de MT • Extrémités + et – • Contient -tubulin ring complex (nucléation) 26

• Centrosome Fig 16 -24 27

• -tubulin ring complex Fig 16 -22 28

Centriole en ME 29

Cycle du centrosome • = duplication puis séparation • Interphase : duplication (comment ? ? ? ) mais restent ensemble • En début de phase M se scinde en deux • Chaque paire de centriole devient un COMT • Nuclée un faisceau radiaire de MT appelé aster 30

• Centrioles en phase S – Centrosome dupliqué contenant deux paires de centrioles Fig 18 -5(AB) 31

• Paire de centriole isolée : structure différente du centriole mère et fille Fig 18 -5(C) – mère : plus gros, plus complexe, peut seul nucléer des microtubules (via matrice) 32

• Cycle de réplication du centriole – Séparation – Croissance du centriole fille Fig 18 -6 Matrice 33

Aster • Faisceau de microtubules rayonnant à partir d'un COMT résultant de la duplication séparation d'un centrosome • deux asters • Se déplacent de chaque côté du noyau • Initient la formation des deux pôles du fuseau • À la fragmentation de l'enveloppe nucléaire, capture des chromosomes par les microtubules du fuseau • À la fin de la mitose, chaque cellule fille reçoit un centrosome 34

• Cycle du centrosome Fig 18 -7 – Paire de centriole dupliqué en interphase – Duplication s'achève en G 2 – Complexe contenant 2 paires de centrioles plus la matrice – Clivage en deux du complexe – Nucléation de deux asters – Déplacement des deux asters – Fragmentation de l'enveloppe nucléaire – Capture des chromosomes 35

Cycle du centrosome • Le cycle du centrosome peut se dérouler même sans noyau • Formation de 2, 4, 8… • Vrai dans les cellules embryonnaires 36

• Extraits d'ovocyte de Xenopus + noyau de spermatozoïde nombreux cycles de duplication centrosomique • G 1/S CDK (cycline E + Cdk 2) – Initie la réplication de l'ADN en phase S – Stimule la duplication des centrosomes Fig 17 -9 37

4 - Les 6 phases de la phase M 38

Les 6 phases de la phase M • Mitose les chromosomes sont visiblement condensés : 5 étapes 1. 2. 3. 4. 5. • Prophase Prométaphase Métaphase Anaphase Télophase Cytocinèse : 1 étape 39

Les 6 phases de la phase M • Séquence dynamique avec de nombreux cycles indépendants – Chromosomes – Cytosquelette – Centrosomes • Tout doit être coordonné pour former deux cellules identiques 40

Grandes étapes Prophase : condensation des chromosomes répliqués Prométaphase : fragmentation de l'enveloppe nucléaire Métaphase : alignement des chromosomes Anaphase : ségrégation vers les pôles du fuseau Télophase : reformation de l'enveloppe nucléaire 41

• Déroulement de la mitose dans une cellule animale typique Fig 18 -8 – Interphase : le centrosome n'est pas visible – Prophase précoce : le centrosome contient deux paires de centriole – Prophase tardive : le centrosome se divise et on voit deux asters – Prométaphase : les MT peuvent agir avec les chromosomes 42

• Déroulement de la mitose dans une cellule animale typique Fig 18 -8 – Métaphase : Structure bipolaire du fuseau et chromosomes alignés – Anaphase précoce : séparation synchrone des chromatides sœur – Anaphase tardive : les pôles se sont séparés – Télophase : reformation des deux noyaux, la cytocinèse est presque terminée (persistance du mid-body) 43

Panel 18 -1 • Division et cycle cellulaire 44

Panel 18 -1 • Interphase 45

Panel 18 -1 • Prophase et prométaphase 46

Panel 18 -1 • Métaphase et anaphase 47

Panel 18 -1 • Télophase et cytocinèse 48

Fig 18 -9 • Déroulement de la mitose dans une cellule végétale typique • Microscopie optique en contrast interférentiel • Très gros chromosomes • prophase • métaphase 49

• Déroulement de la mitose dans une cellule végétale typique Fig 18 -9 – E - Anaphase – F - Télophase – G - Cytocinèse – H - Cytocinèse 50