Les phases du cycle cellulaire

1.2.1. Phase G0

La phase G0 caractérise l'état de quiescence, donc l'absence de la division cellulaire. La transition entre G0 vers le début de la phase G1 marque l'entrée du cycle cellulaire.

La surexpression des protéines RB1 (retinoblastoma-like 1, ou p130) et RBL2 (p107) entraîne l'arrêt du cycle cellulaire. Durant G0 et au début de G1, RBL2 forme un complexe DREAM avec E2F4/E2F5, DP1/DP2 et le complexe MuvB. Ce complexe bien conservé réprime la transcription des gènes du cycle cellulaire. D'autre part, au début de G1, RBL1 s'attache à E2F4 et DP1/DP2 formant un complexe réprimant la transcription des gènes cibles des facteurs de transcription E2F.

1.2.2. Phase G1

Figure 35. Mécanisme d'activation de la phase G1

La progression vers la phase G1 est contrôlée par les Cyclines D, Cdk4 et Cdk6 (Figure 35). Il existe 3 types de Cycline D. La formation du complexe Cycline D-Cdk4/6 est favorisée par 2 protéines, p21Cip1/Waf1 (p21) et p27Kip1 (p27), ou inhibée

par fixation aux protéines inhibitrices (cyclin-dependent kinase inhibitor, Cki) p15INK4B (p15), p16INK4A (p16), p18INK4C (p18), p19INK4D (p19). Attaché à Cycline D, Cdk4/6 est ensuite activé par sa phosphorylation par CAK (Cdk-activating kinases).

Le complexe Cycline D-phospho Cdk4/6 phosphoryle les protéines RB1, RBL1 et RBL2 qui se détachent de leurs complexes et libèrent les facteurs de transcription E2F (E2F1, E2F2, E2F3, E2F4, E2F5) qui activent la transcription des gènes du cycle cellulaire, menant à la transition G1/S.

1.2.3. Transition G1/S

Figure 36. Mécanisme d'activation de la transition G1/S

Cette transition est contrôlée par les complexes CyclinE-Cdk2 qui phosphorylent les protéines spécifiques de la transition G1/S (Figure 36), incluant les éléments nécessaires à l'initiation de la réplication d'ADN. La formation des complexes Cycline E-Cdk2 et Cycline A-Cdk2 résulte de la séquestration de p21Cip/Waf1 ou p27Kip1 qui ont plutôt un effet inhibiteur.

Dans sa forme complexée, Cdk2 peut être désactivé par phosphorylation (Threonine-14 et Tyrosine-15) par Wee1 et Myt1 kinases. Ce processus est réversible par la déphosphorylation de Cdk2 par les phosphatases Cdc25 (Cdc25A, B et C).

Ensuite, les 2 protéines sont soumises à la protéolyse par le complexe des ubiquitines.

1.2.4. Phase S

Le complexe Cycline A-Cdk2 favorise la phosphorylation des protéines impliquées dans la transition G1/S, permettant ainsi de déclencher la phase S. Formé dans le cytoplasme durant la phase G1, ce complexe se translocalise dans le noyau durant cette phase. Son activité est inhibée par la phosphorylation Tyr15 du Cdk2 et par l'association des 2 Ckis p27 et p21 dans le noyau.

L'entrée en phase S est marquée par la levée de cette inhibition, c'est à dire la dégradation de p27/p21 via SCF (Skp2) suivie de la déphosphorylation de Cdk2 par les phosphatases Cdc25. La synthèse de l'ADN, l'initiation de la réplication par l'ADN polymérase à son élongation, est régulée par les protéines Orc (origin recognition complex) à différents niveaux. Les 6 sous-unités d'Orc contrôlent le site d'initiation de la réplication de l'ADN et la formation du complexe pré-réplicatif.

Ensuite, la dégradation de la Cycline D débute par sa phosphorylation, sa relocalisation du noyau vers le cytoplasme, puis sa dégradation par ubiquitination et sa dégradation dans le protéasome.

Finalement, les complexes cohésine s'attachent aux deux chromatides soeurs associés après la réplication pour établir leurs cohésions. Cette fixation transitoire est nécessaire pour assurer l'identification des chromatides soeurs comme paire.

1.2.5. Phase G2

Cette phase d'intervalle entre la synthèse de l'ADN et le début de la mitose correspond à la synthèse protéique pour se préparer à la mitose. Durant cette phase, le complexe Cycline A-phosphoCdk2 s'associe à E2F1 et E2F3, puis les phosphoryle, menant à leur dégradation.

1.2.6. Transition G2/M

Figure 37. Mécanisme de l'activation de la transition G2/M

La transition G2/M nécessite la formation des complexes Cycline A/B-Cdk1 (ou Cdc2) qui phosphorylent d'autres protéines impliquées dans la structure et la fonction du fuseaux mitotiques, la dégradation de l'enveloppe nucléaire, les changements topologiques des chromosomes permettant leur condensation lors de la mitose.

Cette transition est négativement régulée par Wee1 et Myt1 qui désactivent ce complexe en phosphorylant (T14 et Y15) Cdk1 (Figure 37). Cette inhibition est réversible via sa déphosphorylation par Cdc25.

1.2.7. Phase M

La phase M, appelée également mitose, implique la division des noyaux et la cytokinèse donnant deux cellules filles. Cette phase se compose principalement de la prophase, prométaphase, métaphase, anaphase, télophase (Figure 38). La cytokinèse finalise la division cellulaire.

Figure 38. Evolution de la mitose (D'après The cell: A molecular Approach, 2nd edition, 2000)

Prophase : cette étape est caractérisée par la condensation de la chromatine dans le noyau et la disparition des nucléoles. Les centrioles se forment dans les 2 pôles de la cellule. Certaines fibres s'étendent des centromères à travers la cellule pour former le fuseau mitotique.

Prométaphase : la dissolution de la membrane nucléaire marque le début de la prométaphase. Les kinétochores sont formés par l'attachement des protéines aux centromères. Ensuite, les microtubules s'attachent aux kinétochores et les chromosomes commencent à se déplacer vers la plaque métaphasique.

Métaphase: cette étape est marquée par la formation de plaque métaphasique quand les fuseaux alignent les chromosomes le long du centre de la cellule. Cette organisation permet de distribuer de façon égale les copies des chromosomes quand ils se séparent de chaque côté des nouveaux noyaux.

Transition Métaphase/Anaphase: cette transition est déclenchée par la destruction des Cyclines mitotiques.

Anaphase : les paires de chromosomes se séparent au niveau des centromères et se dirigent vers 2 côtés opposés de la cellule. Ce mouvement de chromosomes est conditionné par la combinaison des mouvements des kinétochores au long des fuseaux de microtubules et par interaction physique des microtubules polaires.

Telophase/Cytokinèse : cette étape est caractérisée par la formation de nouvelles membranes autour de deux parties des chromatides. Les chromosomes et les fuseaux se dispersent et l'anneau d'actine au centre des 2 cellules ce contracte pour dissocier les 2 cellules filles.

1.2.8. Transition M/G1

Cette transition est caractérisée par l'inactivation du complexe Cycline B-Cdc2 par protéolyse ubiquitine-dépendante des Cyclines A et B. Ce processus est régulé par le complexe APC (anaphase promoting complex).