Cycle cellulaire et cycle vital de la cellule
Le cycle cellulaire est la période de vie d'une cellule entre deux divisions. Il ne faut pas le confondre avec le cycle vital, qui englobe le temps écoulé entre la naissance d'une cellule et sa mort. La division elle-même (mitose) ne représente qu'environ 10 % du cycle cellulaire, tandis que les 90 % restants sont occupés par l'interphase, qui correspond à la préparation à la division.
Dans l'organisme, la durée de présence des différentes cellules dans le cycle cellulaire est variable :
- Cellules à division constante — par exemple, les cellules souches hématopoïétiques, qui ne sortent pas du cycle.
- Cellules au repos — par exemple, les hépatocytes, qui en l'absence de lésions hépatiques entrent en quiescence, mais reviennent dans le cycle en cas de pathologie (cirrhose, régénération).
- Cellules terminalement différenciées — par exemple, les neurones, qui ont perdu leur capacité de division.
Structure de l'interphase
L'interphase comprend trois périodes successives :
- Présynthétique (G1) — la plus longue, pouvant durer plusieurs jours.
- Synthétique (S) — environ 5 heures.
- Postsynthétique (G2) — jusqu'à 8 heures.
L'objectif de l'interphase est une préparation correcte à la division et une transmission fidèle du matériel génétique aux cellules filles.
Période présynthétique (G1)
Commence immédiatement après la mitose. La cellule croît activement, restaure ses organites et son volume cytoplasmique ; on observe un métabolisme intense, ainsi qu'une synthèse de protéines, de lipides et de glucides. La période s'achève par la préparation à la réplication de l'ADN.
Les protéines kinases dépendantes des cyclines (CDK) jouent un rôle régulateur clé. Ce sont des enzymes qui assurent la phosphorylation des protéines et ne sont actives qu'en complexe avec des protéines régulatrices — les cyclines (groupes D, E, A, B). Les cyclines sont synthétisées tout au long du cycle et sont dégradées au début de l'anaphase.
Effets du complexecycline–CDK :
- phosphorylation des protéines de l'enveloppe nucléaire et préparation à sa désassemblage ;
- remaniement du cytosquelette ;
- activation des gènes de réplication de l'ADN.
Exemple d'action des CDK : la régulation du facteur de transcription E2F. À l'état inactif, il est lié à la protéine du rétinoblastome (Rb). Les CDK, en présence d'ATP, phosphorylent Rb, libérant ainsi E2F, qui active la transcription des enzymes de réplication.
Point de restriction et rôle de la protéine p53
Il existe dans chaque période de l'interphase un point de restriction (point de contrôle) où l'intégrité de l'ADN est vérifiée. En cas de dommage à l'ADN, le gène P53 est activé et synthétise la protéine du même nom, laquelle :
- inhibe la réplication et stimule la réparation de l'ADN avec la participation des ADN polymérases ;
- active les gènes P21 et P27, dont les protéines inhibent les CDK et arrêtent le cycle cellulaire ;
- oriente la cellule vers la voie de l'apoptose si la réparation s'avère impossible.
Après le franchissement du point de restriction, la cellule entre en période S indépendamment des signaux externes. Les mutations de P53 conduisent à la division de cellules présentant des anomalies de l'ADN et à la formation de tumeurs. Les mutations dominantes du gène de la protéine du rétinoblastome entraînent le développement d'un rétinoblastome, car E2F reste constamment libre et la cellule entre continuellement dans le cycle.
Période synthétique (S)
Au cours de la période S se produisent :
- la réplication de l'ADN ;
- la synthèse des histones, nécessaires à la condensation de la chromatine ;
- la duplication du centrosome ;
- le deuxième point de contrôle — vérification de l'exactitude de la réplication et réparation secondaire.
Les anomalies de réplication sont associées à des pathologies telles que le syndrome de Louis-Bar (ataxie-télangiectasie), caractérisé par des dilatations capillaires et des troubles de la coordination, ainsi que le xeroderma pigmentosum.
Période postsynthétique (G2) et MPF
Au cours de la période G2 sont réalisés :
- la synthèse des tubulines pour la construction des microtubules du fuseau mitotique ;
- le désassemblage des satellites centriolaires et la formation du halo autour du centrosome ;
- la réparation post-réplicative de l'ADN ;
- la préparation au désassemblage de l'appareil de Golgi et du réticulum endoplasmique ;
- la synthèse du facteur promoteur de la mitose (MPF, Mitosis Promoting Factor).
Le MPF n'exerce ses effets qu'en prophase de la mitose :
- phosphorylation des protéines lamines et désassemblage de la membrane nucléaire ;
- phosphorylation de l'histone H1 et condensation des chromosomes ;
- phosphorylation des protéines de l'appareil de soutien et de contraction, et destruction des microtubules interphases pour la construction des fibres du fuseau mitotique.
Rapport nucléoplasmique selon les périodes
La dynamique de croissance cellulaire se reflète dans le rapport nucléoplasmique :
- en G1, il est inférieur à un — le cytoplasme croît principalement, restaurant son volume après la division ;
- en S, il est supérieur à un — le noyau augmente activement en raison de la réplication de l'ADN ;
- en G2, le rapport s'équilibre et se rapproche de un.
Points clés
- Le cycle cellulaire s'étend d'une division à l'autre ; l'interphase occupe environ 90 % de sa durée.
- L'interphase se compose des périodes G1 (présynthétique), S (synthétique) et G2 (postsynthétique).
- Les régulateurs du cycle sont les complexes cycline–CDK, qui phosphorylent des protéines clés.
- Le facteur de transcription E2F est libéré du complexe avec la protéine Rb après sa phosphorylation et déclenche la réplication.
- Aux points de restriction, la protéine p53 contrôle l'intégrité de l'ADN en activant la réparation ou l'apoptose par l'intermédiaire de p21 et p27.
- Les mutations de p53 conduisent à une croissance tumorale ; les mutations du gène Rb mènent au rétinoblastome.
- En G2, il y a synthèse du MPF, dont les effets se manifestent en prophase de la mitose : désassemblage de l'enveloppe nucléaire et condensation des chromosomes.
- Le rapport nucléoplasmique varie de façon prévisible : <1 en G1, >1 en S, ≈1 en G2.