Le Cycle Cellulaire

Jeu exhaustif de 100 fiches de révision couvrant les phases du cycle cellulaire, les mécanismes de régulation moléculaire, la mitose, les applications médicales oncologiques, l'apoptose et le vieillissement cellulaire.

Qu'est-ce que le cycle cellulaire ?

C'est la vie d'une cellule depuis le moment où elle est générée par la division d'une cellule progénitrice jusqu'au moment où elle se divise à son tour.

Quelle est la durée approximative du cycle cellulaire chez la levure par rapport aux cultures cellulaires ?

La durée varie de $2\text{ à }3\,\text{h}$ chez un organisme unicellulaire comme la levure, et est d'environ $24\,\text{h}$ dans les cultures cellulaires.

Quels événements majeurs une cellule accomplit-elle au cours d'un cycle cellulaire complet ?

Elle double de masse, duplique son génome et ses organites, puis les répartit entre deux nouvelles cellules descendantes.

Citez trois tissus humains dont les cellules continuent de se diviser tout au long de la vie.

La peau, la muqueuse intestinale et la moelle osseuse.

Quels types de cellules humaines ne se divisent jamais et durent toute une vie sans être remplacées ?

Les cellules photosensibles de l'œil, les neurones et les cellules musculaires squelettiques.

Pourquoi un être humain est-il plus grand qu'une souris et plus petit qu'un éléphant à l'échelle cellulaire ?

Parce qu'il est constitué de plus de cellules qu'une souris (résultat de plus de cycles cellulaires) et de moins de cellules qu'un éléphant.

Quel est le rôle essentiel attribué aux « gènes de contrôle du cycle cellulaire » ?

Ils déterminent la taille de l'organisme et empêchent la division cellulaire de devenir « hors de contrôle » et de conduire au cancer.

Quelles sont les deux grandes étapes constitutives du cycle cellulaire normal ?

L'interphase (pendant laquelle la cellule vit et grossit) et la phase mitotique (mitose).

De quelles sous-phases l'interphase est-elle composée ?

De la phase G1 (gap 1), de la phase S (synthèse) et de la phase G2 (gap 2).

Que se passe-t-il au cours de la phase G1 de l'interphase ?

La cellule grossit et synthétise l'ARNm et les protéines (appelées histones) nécessaires à la synthèse de l'ADN.

Quelle proportion du cycle cellulaire la phase G1 occupe-t-elle dans les cellules somatiques humaines ?

Elle occupe environ $1/3$ du temps total du cycle, soit environ $10\,\text{h}$ sur un cycle de $24\,\text{h}$.

Comment se comporte la phase G1 dans les cellules à développement rapide (cellules embryonnaires, intestinales ou cancéreuses) ?

Elle est très courte, voire très très courte, car ces cellules ont un cycle court.

Quelle est la durée du cycle cellulaire et de la phase G1 dans les cellules hépatiques ?

Le cycle cellulaire y dure de $1\text{ à }2\,\text{ans}$, et la phase G1 dure également de $1\text{ à }2\,\text{ans}$.

Qu'est-ce que la phase G0 ?

C'est un état de quiescence dans lequel entrent les cellules non proliférantes (comme les neurones) qui quittent la phase G1 sans entrer en phase S.

Quelle est la durée de la phase S et quelle est sa fonction centrale ?

Elle dure environ $7\,\text{heures}$ (quelle que soit la durée totale du cycle) et correspond à la réplication de l'ADN.

Quelle est la quantité d'ADN contenue dans la cellule à l'issue de la phase S ?

La quantité d'ADN devient $4n\,\text{ADN}$.

Comment est structuré chaque chromosome à la fin de la phase S ?

Chaque chromosome est formé de $2$ chromatides dites chromatides sœurs.

Qu'est-ce que la phase G2 et quel événement marque son achèvement ?

C'est la troisième sous-phase de l'interphase précédant directement la mitose ; elle se termine avec le début de la prophase.

Quelle est la durée habituelle de la phase G2 et quelles en sont les activités majeures ?

Sa durée est plutôt stable, de l'ordre de $5\,\text{heures}$, pendant lesquelles la cellule synthétise des protéines et commence à condenser ses chromosomes.

Qu'est-ce que le centromère ?

C'est un élément d'ADN présent sur chaque chromosome au niveau duquel les chromatides sœurs sont attachées l'une à l'autre.

Quelle distinction terminologique fait-on entre « chromatide » et « chromosome » lors de leur séparation ?

Tant qu'elles sont appariées, elles sont appelées chromatides d'un même chromosome ; dès qu'elles se séparent, elles sont à nouveau appelées chromosomes.

Quelle est la mission fondamentale de la mitose concernant les chromatides sœurs ?

S'assurer qu'une copie de chaque chromatide sœur — et une seule copie — est transmise à chaque cellule fille après la division.

Quelle est la première étape de la division cellulaire mitotique ?

La prophase.

Quelles structures cytoplasmiques deviennent visibles sous forme de petits points entourés d'une zone claire en prophase ?

Les deux centrosomes.

À quel moment les deux centrioles se répliquent-ils au cours de l'interphase ?

Ils se répliquent avant la fin de la phase G2.

Quel est le comportement des centrioles au cours de la prophase ?

Ils commencent à recruter des microtubules, forment le fuseau mitotique et s'écartent aux extrémités opposées du noyau cellulaire.

Quelle phase de la division cellulaire est représentée sur ce schéma illustrant les centrioles et les fuseaux mitotiques en formation ?

La prophase.

Quelles enzymes permettent l'entrée en mitose par ajout et élimination de groupements phosphate sur les protéines ?

Les kinases (phosphorylation) et les phosphatases (déphosphorylation).

Quelle est la kinase la plus importante au cours de la mitose ?

Le complexe cycline B/CDK1.

Où et sous quel état le complexe cycline B/CDK1 s'accumule-t-il vers la fin de la prophase ?

Il s'accumule dans le noyau sous une forme inactive.

Quelle enzyme pénètre dans le noyau en fin de prophase pour activer la cycline B/CDK1 ?

La phosphatase Cdc25.

Quelle est la conséquence de la phosphorylation des lamines nucléaires par le complexe cycline B/CDK1 activé ?

Les lamines perdent leur association avec la membrane nucléaire, entraînant le gonflement du noyau puis la désintégration de l'enveloppe nucléaire.

Quelle structure protéique spécialisée située au niveau de la région centromérique est mise en évidence sur ce schéma ?

Le kinétochore.

Quels événements clés définissent la prométaphase ?

L'éclatement de la membrane nucléaire et la formation des kinétochores au niveau des centromères des chromosomes.

Combien de microtubules kinétochoriens s'attachent à chaque chromosome lors de la prométaphase ?

Deux microtubules kinétochoriens (un pour chaque chromatide).

Qu'appelle-t-on les microtubules astraux (ou aster) ?

Un réseau radial de microtubules rayonnant vers l'extérieur dans toutes les directions à partir de chaque pôle du fuseau.

Quelle est la polarité structurelle des microtubules composant le fuseau mitotique illustré ici ?

Leurs extrémités négatives sont proches des pôles, tandis que leurs extrémités positives sont situées à distance de ceux-ci.

Vers quelle zone de la cellule les microtubules kinétochoriens déplacent-ils les chromosomes en prométaphase ?

Vers le milieu de la cellule (le plan équatorial).

Quelle étape de la division cellulaire est représentée sur ce schéma avec l'alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale ?

La métaphase.

Citez des agents chimiques ou physiques capables de dépolymériser les microtubules et de bloquer expérimentalement les cellules en métaphase.

Des médicaments comme le colcémide ou le nocodazole, ainsi que des agents physiques comme le froid ou la haute pression.

Quel événement cellulaire précis marque la fin de la métaphase ?

La séparation des deux chromatides sœurs de chaque chromosome.

Quelle phase de la mitose est représentée sur ce schéma montrant l'élongation de la cellule et la séparation des chromosomes fils ?

L'anaphase.

Quel processus biochimique correspond au point de non-retour franchi au début de l'anaphase ?

La destruction des protéines « colles » (cohésines) qui maintiennent les chromatides sœurs associées.

Quelle phase terminale de la mitose est illustrée sur ce schéma montrant la décondensation des chromosomes et la reformation de l'enveloppe nucléaire ?

La télophase.

Quel processus cellulaire illustré ici divise le cytoplasme en deux lobes grâce à un anneau contractile d'actine et de myosine ?

La cytodiérèse.

Qu'est-ce que le corps médian lors de la cytodiérèse ?

C'est un faisceau serré de microtubules parallèles issu de l'anaphase qui forme la dernière structure reliant les deux cellules filles.

Quelle condition moléculaire est requise pour achever la télophase et permettre à la cellule de quitter l'état mitotique ?

L'inactivation du complexe cycline B/CDK1.

Pourquoi la mitose est-elle la période la plus vulnérable de la vie cellulaire ?

Parce que les chromosomes y sont hautement condensés, ce qui rend toute réparation des dommages de l'ADN beaucoup plus difficile.

Quel effet ont les poisons des microtubules sur le déroulement de la mitose ?

Ils prolongent considérablement la mitose en empêchant l'attachement correct du kinétochore.

À quelle échelle de concentration les poisons du fuseau prolongent-ils la mitose pour être cliniquement efficaces contre le cancer ?

À des concentrations nanomolaires.

Quel est le mécanisme d'action de la vincristine ?

C'est un alcaloïde qui agit comme un puissant poison de l'assemblage des microtubules.

Pour quelles affections tumorales la vincristine a-t-elle été approuvée par la FDA en 1963 ?

Les lymphomes hodgkiniens et non hodgkiniens, la leucémie lymphoïde aiguë et le néphroblastome.

Quel est le mode d'action du paclitaxel (taxane) ?

Il stabilise les microtubules du fuseau mitotique, contrairement aux poisons qui en bloquent l'assemblage.

Contre quels types de cancers le paclitaxel s'est-il avéré efficace depuis 1992 ?

Un large spectre incluant les cancers du poumon, du sein et le sarcome de Kaposi.

Pourquoi les poisons ciblant les microtubules sont-ils toxiques pour les neurones en interphase ?

Parce que les neurones possèdent de longs axones et dendrites dont la fonction dépend fortement du transport de protéines le long des microtubules.

Quel effet secondaire neurologique majeur découle d'un traitement prolongé par des poisons des microtubules ?

Une neuropathie périphérique.

Quelle est la spécificité de la protéine motrice Eg5 qui en fait une cible thérapeutique prometteuse ?

C'est une kinésine impliquée dans la séparation des centrosomes qui est exprimée uniquement pendant la mitose, épargnant ainsi les cellules en interphase.

Quelles kinases spécifiques de la mitose font l'objet d'évaluations cliniques comme cibles anticancéreuses ?

Les kinases Aurora et Polo.

Pourquoi les antimitotiques induisent-ils des effets secondaires particulièrement marqués sur les tissus intestinaux et sanguins ?

Parce que ces tissus normaux se renouvellent tous les quelques jours par divisions cellulaires actives.

Qu'est-ce que la neutropénie induite par les chimiothérapies antimitotiques et quel en est le danger ?

C'est l'épuisement des globules blancs neutrophiles, laissant le corps vulnérable aux infections bactériennes.

Quelle est la nature biochimique fondamentale des CDK (Cyclin-Dependent Kinases) ?

Ce sont des protéines kinases catalytiques qui possèdent un site actif capable de lier l'ATP.

Quelles sont les trois conditions nécessaires pour que l'activité kinase d'une CDK se manifeste ?

L'association avec une cycline, la phosphorylation par une CAK sur un acide aminé proche du site actif, et l'absence d'inhibiteur CKI.

Quel est le rôle précis d'une CAK (Cdk Activating Kinase) ?

Elle phosphoryle un acide aminé situé à proximité du site actif de la CDK rendu accessible par la liaison de la cycline.

Combien de CDK différentes ont été identifiées chez l'homme ?

Au moins $9$ CDK (numérotées de 1 à 9).

Comment la concentration des cyclines évolue-t-elle au cours du cycle cellulaire ?

Elle varie de façon oscillatoire : les cyclines sont produites, atteignent une concentration maximale puis sont rapidement détruites.

Combien de cyclines capables de former des complexes avec les CDK sont actuellement connues chez l'homme ?

Une dizaine de cyclines (désignées de A à I).

Comment se différencient les deux familles d'inhibiteurs CKI (famille p21 vs famille p16) par leur mode d'action ?

Les membres de la famille p21 (p21, p27, p57) se lient au complexe cycline-CDK, tandis que la famille p16 (p16, p15, p18, p19) entre en compétition directe avec la cycline pour la CDK.

À quelles phases du cycle cellulaire la plupart des CKI agissent-ils pour bloquer sa progression ?

Pendant la phase G1 et/ou la phase S.

Quel est le rôle régulateur de la protéine p16 au cours de la phase G1 ?

Elle bloque le cycle cellulaire jusqu'à ce qu'une quantité suffisante de cyclines spécifiques de G1 soit synthétisée pour saturer les CDK.

Quelles sont les deux sous-parties de la phase G1 ?

La phase G1 post mitose et la phase G1 post synthèse.

Quelle est la durée de la sous-phase G1 post mitose et quel est son état enzymatique ?

Elle dure de façon constante $3\,\text{heures}$, période pendant laquelle toutes les activités CDK sont supprimées.

Quel complexe CDK-cycline régit le franchissement du point de restriction en fin de phase G1 post mitose ?

Le complexe Cdk4-cycline D.

Quelle protéine suppresseur de tumeur est phosphorylée par Cdk4-cycline D en phase G1 post synthèse ?

La protéine pRb (protéine du rétinoblastome).

Quelle conséquence a la phosphorylation de pRb sur le facteur de transcription E2F ?

Elle libère E2F, qui se fixe sur l'ADN pour activer l'expression des gènes codant d'abord pour la cycline E, puis pour la cycline A.

Quel complexe est responsable de l'entrée de la cellule en phase S en l'absence de lésions de l'ADN ?

Le complexe Cdk2-cycline E.

Quels sont les deux complexes composant le SPF (S-phase Promoting Factor) et leurs rôles ?

Le complexe cycline A-Cdk2 (dont la formation permet de débuter la réplication) et le complexe cycline A-Cdk1 (qui permet de quitter la phase S).

De quelles sous-unités le complexe MPF (facteur promoteur de la mitose) est-il constitué ?

D'une sous-unité kinase Cdk1 et d'une sous-unité régulatrice cycline B.

Comment la kinase Wee1 et la phosphatase Cdc25 contrôlent-elles l'activation du MPF ?

Wee1 inhibe le complexe par double phosphorylation, tandis que la phosphatase Cdc25 le déphosphoryle pour l'activer.

Quelles modifications majeures le MPF activé induit-il au début de la mitose ?

La condensation des chromosomes, la destruction des lamines provoquant la rupture nucléaire, et l'assemblage du fuseau mitotique.

Quelles protéines maintiennent les chromatides sœurs solidement appariées jusqu'à la métaphase ?

Les cohésines.

Comment la séparase est-elle activée pour dégrader les cohésines lors de l'anaphase ?

Le complexe APC-Cdc20 phosphorylé par le MPF dégrade la sécurine par ubiquitination, libérant ainsi la séparase active.

Comment la cycline B est-elle dégradée pour provoquer l'inactivation du MPF à la fin de la mitose ?

Elle subit une polyubiquitinylation par le complexe APC-Cdc20 qui la destine à une dégradation rapide dans les protéasomes.

Quelle est l'organisation structurale d'un protéasome ?

C'est un cylindre creux constitué de $4$ anneaux de $7$ protéines chacun : deux anneaux externes (sous-unités $\alpha$) et deux anneaux centraux catalytiques (sous-unités $\beta$).

Combien de molécules d'ubiquitine au minimum doivent être attachées à une protéine pour sa reconnaissance par le protéasome ?

Au moins $4$ molécules d'ubiquitine.

Quelles sont les trois enzymes indispensables à la chaîne d'ubiquitination ?

L'enzyme d'activation (E1), l'enzyme de conjugaison (E2) et l'ubiquitine-ligase (E3).

Quels sont les deux objectifs fondamentaux de la dégradation des protéines par les protéasomes ?

Éviter l'accumulation de protéines défectueuses (notamment après un stress oxydatif) et assurer le recyclage des acides aminés.

Quelles caractéristiques définissent le comportement des cellules tumorales vis-à-vis de leur division ?

Elles sont insensibles à l'inhibition de contact, se divisent sans facteurs de croissance et peuvent se multiplier indéfiniment (« immortalité »).

Quelles différences morphologiques et cliniques distinguent une tumeur bénigne d'une tumeur maligne ?

La tumeur bénigne est compacte, encapsulée et à développement lent ; la tumeur maligne est non encapsulée, à croissance rapide, avec un caryotype aberrant et un potentiel métastatique.

Qu'est-ce que la métastase ?

C'est l'invasion de la circulation sanguine et lymphatique par des cellules tumorales ayant perdu leurs attaches adjacentes pour former des tumeurs dans d'autres organes.

Comment la protéine p53 est-elle maintenue absente ou très basse dans une cellule normale sans stress ?

Soit le gène p53 est inactif, soit la protéine est rapidement dégradée après son ubiquitination par l'enzyme mdm2.

Quelle est l'action de la protéine p53 en réponse à un stress ou à une lésion de l'ADN ?

Elle s'accumule et stoppe le cycle cellulaire en G1 pour permettre la réparation de l'ADN avant la phase S, ou déclenche l'apoptose.

Quels types de cancers sont particulièrement favorisés par les mutations du gène p53 ?

Le cancer du sein et le cancer du poumon.

Quel est le rôle de la protéine p21 synthétisée en réponse à l'activation de p53 ?

Elle inhibe les complexes cycline E-Cdk1 et cycline D-Cdk4 afin de bloquer le cycle cellulaire.

Quelles pathologies sont associées à une mutation du gène de l'inhibiteur p16 ?

Des mélanomes malins ou des leucémies.

Qu'est-ce que le PDGF et sur quel type cellulaire agit-il principalement lors de lésions ?

C'est une protéine dérivée des plaquettes libérée lors de la coagulation qui stimule la prolifération des cellules endothéliales pour la cicatrisation.

Par quelle voie de signalisation intracellulaire les mitogènes activent-ils la prolifération cellulaire en phase G1 ?

Ils activent une protéine membranaire à GTP qui active par phosphorylation une MAP kinase, laquelle stimule la synthèse de la protéine régulatrice Myc.

Quelles sont les trois actions de la protéine Myc favorisant l'avancée du cycle cellulaire ?

Elle augmente la transcription de la cycline D, stimule la phosphorylation de pRb (libérant E2F), et induit une ubiquitine-ligase qui dégrade le CKI p27.

Comment agissent les agents alkylants (comme la cisplatine ou la cyclophosphamide) sur le cycle cellulaire ?

Ils fixent un groupement alkyle sur les guanines de l'ADN, provoquant des erreurs de réplication et bloquant le cycle en phase S ou G2.

Citez des exemples de molécules antimétabolites agissant au cours de la phase S.

Le méthotrexate, le 5-fluoro uracile (antipyrimidique), la cytarabine (antipyrimidique) et la 6-mercaptopurine (antipurique).

Par quel mécanisme indirect les radiations ionisantes (rayons X) provoquent-elles des dommages à l'ADN ?

Par radiolyse de l'eau intracellulaire produisant des radicaux libres $OH^-$ et $H^+$.