II. Le cycle cellulaire
2. Etapes du cycle cellulaire et points de contrôle
Le cycle cellulaire, et plus précisément l’interphase, est donc la succession de quatre phases dont l’enchaînement est conditionné par de nombreux systèmes de régulations liés essentiellement à l’activité d’une famille de protéines, les cyclines dépendantes des kinases (ou Cdk), auxquelles s’ajoutent plusieurs points de contrôle (« checkpoints ») qui permettent de stopper le processus de prolifération en cas d’anomalie. Nous allons donc voir ici le fonctionnement de chacune de ces phases et des points de contrôle. 65,66
La progression au niveau des points de contrôle du cycle cellulaire est assurée pour partie par une famille de phosphatases, les CDC25 (Cell Division Cycle 25). Ces phosphatases appartiennent à la famille des phosphatases à double spécificité. Il existe trois isoformes de CDC25 codées par trois gènes distincts, appelées CDC25A, B et C. Ces protéines sont capables de déphosphoryler les résidus pThr et pTyr des Cdk lorsqu’elles forment des complexes avec les cyclines. Elles jouent ainsi un rôle essentiel dans la régulation du cycle cellulaire en activant les complexes Cdk/cycline.
Figure 9 Contrôle du cycle cellulaire par les différents CDC25 et Cdk 66
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T. D. Pollard, W. C. Earnshaw « Biologie Cellulaire » 2004, Edition Elsevier.
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a) La phase G0 et l’entrée en phase G1
La phase G0 caractérise la période au cours de laquelle les cellules se trouvent dans un état quiescent, c'est-à-dire qu’elles ne se multiplient pas mais exercent leurs activités, comme par exemple la synthèse de protéines. C’est également lors de cette phase qu’a lieu la dégradation de tous les éléments qui sont intervenus lors du cycle précédent (cyclines, Cdk …). Comme il a été dit précédemment, la plupart des cellules se trouve dans cette phase G0, et ne la quitte qu’en cas de nécessité et si les éléments extérieurs le permettent. En effet, un déficit en facteurs de croissance ou des signaux extérieurs défavorables maintiendront la cellule en phase G0. A l’inverse, la présence de stimuli mitogènes en quantité suffisante permet l’entrée dans le cycle cellulaire.
Cette transition G0/G1 est considérée comme achevée lorsque la cellule franchit un point dit de restriction qui marque l’autonomie de la cellule vis-à-vis des stimuli mitogènes.
b) La phase G1, la transition et le point de contrôle G1/S
La phase G1 constitue une phase de maturation, au cours de laquelle la cellule prépare la réplication de l’ADN qui interviendra en phase S. Les phosphatases CDC25A jouent à ce niveau un rôle primordial puisqu’elles permettent, via la déphosphorylation des complexes Cdk/cycline, la suppression du « frein pRb » et ainsi la progression en phase S.67 Il est à noter que ce « frein pRb » est inhibé dans les cellules tumorales, ce qui facilite leur prolifération, même en l’absence de stimuli mitogènes.
Le passage en phase S constituant un point de non-retour dans le déroulement du cycle cellulaire, il est soumis à un point de contrôle qui permet d’éviter la multiplication de cellules altérées (qui déclenchent alors un mécanisme apoptotique ou retournent en phase G0). La cellule va donc, avant de déclencher le passage du point dit « Start », s’assurer d’avoir atteint une taille permettant sa division mais surtout que son ADN ne présente aucune lésion issue du cycle cellulaire précédent.67,68
De même que le frein pRb évoqué précédemment, ce point de contrôle est affecté par les cancers. En effet, les protéines ATM et p53 étant mutées fréquemment dans les
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D. K. Dimova, N. J. Dyson Oncogene 2005, 24, 2810-2826.
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19 carcinomes, ces protéines ne pourront pas exercer leurs rôles de contrôle dans les cellules tumorales, ce qui permettra à celles-ci de proliférer malgré les lésions à l’ADN.69
c) La phase S
Au cours de la phase S, la cellule va procéder à la réplication de son ADN afin de pouvoir réaliser sa division lors de la mitose. Cette réplication va faire intervenir essentiellement un complexe dit de pré-réplication, formé en phase G1, qui est fixé aux brins d’ADN au niveau des origines de réplication et qui permettra leur séparation. Ce complexe est également le garant de l’unicité de la réplication au cours du cycle, puisqu’il est dissocié après son intervention, et de la bonne succession des étapes, puisqu’il n’est présent qu’après une phase G1.70,71
La sortie de la phase S est principalement régulée par le complexe Cdk2-cycline A, dont l’activation est contrôlée par CDC25A. En effet, lorsque la synthèse de l’ADN est terminée, celui-ci va pouvoir inhiber les facteurs de transcription entraînant la fin de la phase S.
d) La phase G2, la transition et le point de contrôle G2/M
A l’image de la phase G1 qui est une phase de préparation à la synthèse de l’ADN, la phase G2 a pour but de mettre en place des conditions optimales à la réalisation de la mitose.
La synthèse de cycline B, débutée en phase S, est poursuivie durant toute la phase G2, ce qui permet une accumulation des complexes Cdk1-cycline B qui vont être activés par les CDC25B et C, provoquant l’entrée en mitose.72
Ce passage à la phase M est cependant sous la dépendance d’un point de contrôle au fonctionnement similaire à celui assurant la transition G1/S. Ce point de contrôle va détecter les lésions de l’ADN et déclencher une cascade de kinases, qui vont inactiver les CDC25 et ainsi bloquer la progression des cellules dans le cycle. Là encore, les mutations génétiques des cellules tumorales les rendent insensibles à ce point de contrôle, permettant la propagation d’un ADN endommagé.
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C. J. Sherr Cell 2004, 116, 235-246.
70
S. P. Bell, A. Dutta Annu. Rev. Biochem. 2002, 71, 333-374.
71
E. H. Hinchcliffe, G. Sluder Genes Dev. 2001, 15, 1167-1181.
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e) La mitose, le point de contrôle métaphase/anaphase et la fin du cycle
La mitose, aussi appelée phase M, correspond à la division de la cellule en deux cellules filles suivant une série d’étapes que nous avons citées précédemment. Ce processus est conditionné par la présence en grande quantité de complexes Cdk1-cycline B synthétisés en phase G2. Là encore, les CDC25 (B et C) jouent un rôle important puisqu’elles permettent la poursuite de l’activation de ces complexes.
La fin de la mitose est provoquée par la dégradation de la cycline B par le complexe APCCdc20 durant l’anaphase.67 Néanmoins, l’activation de ce dernier est soumis à un système de contrôle dit transition métaphase-anaphase qui va s’assurer que la liaison des chromosomes au fuseau est correcte. En effet, le non-attachement d’un kinétochore va être à l’origine d’un signal diffusible qui va bloquer le complexe APCCdc20 et donc le passage en anaphase, évitant ainsi la création de cellules altérées.73