Introduction aux phases G1 et G2

Dans cet article, nous discuterons de ce qui se passe dans les phases G1 et G2 du cycle cellulaire. La division cellulaire implique la création de plus de cellules par duplication du contenu d’une cellule, puis la division de cette cellule en deux cellules égales et identiques. Ces cellules sont identiques à la cellule parent. C’est ainsi que nous cultivons et remplaçons les cellules blessées.

La clé d’une division cellulaire réussie est de garder les cellules résultantes identiques. En effet, le maintien de l’intégrité de la cellule et de l’ADN qu’il contient est essentiel à la survie des espèces. De nombreux organismes périssent à cause de mutations mortelles résultant d’une intégrité de l’ADN compromise.

L’indice de l’importance de l’intégrité de l’ADN réside dans le nombre de cellules de contrôle de qualité mises en place pour s’assurer qu’elles peuvent proliférer avec succès quand elles le devraient ou quand ils ne devraient pas. Les cellules passent par le cycle cellulaire et les contrôles associés pour s’assurer que chaque cellule créée est en parfait état. Le cycle cellulaire a deux phases principales, la phase mitotique et l’interphase.

L’interphase est la phase la plus longue du cycle cellulaire. La croissance cellulaire est au cœur du cycle cellulaire, et c’est le but principal de l’interphase. À la fin de cette phase, la quantité d’ADN est doublée, les centrioles se sont répliqués et la cellule est suffisamment grande pour la division cellulaire. L’interphase est divisée en la première phase de croissance (G1), de synthèse (S) et de seconde phase de croissance (G2) (figure 1). Les phases de croissance sont, comme vous l’avez peut-être soupçonné, pour la croissance de la cellule, pendant la phase de synthèse la réplication de l’ADN se produit en préparation de la deuxième phase de croissance.

Ici, nous allons jeter un oeil à la Phases G (première et deuxième croissance) de l’interphase. Nous examinerons ce qui se passe à ces phases, ce qui suit et pourquoi elles sont si importantes pour notre compréhension de la biologie.

Que se passe-t-il dans G1 du cycle cellulaire?

Dans certains cas, comme la famine ou lorsque le tissu en cours de génération a atteint sa taille cible, les cellules sortiront du cycle cellulaire et resteront en stase appelée G0 (figure 1). La plupart de ces cellules sont capables de réintégrer le cycle cellulaire à G1 si le besoin s’en faisait sentir. Les cellules nerveuses ne se régénèrent normalement pas; ils restent en stase.

En G1, les cellules accomplissent l’essentiel de leur croissance; ils grossissent et produisent des protéines et des organites nécessaires aux fonctions normales de la synthèse de l’ADN. Ici, des protéines et des ARN sont synthétisés, et plus particulièrement le centromère et les autres composants des centrosomes sont fabriqués. Les cellules sont pleinement fonctionnelles; en plus d’être en mission de division, ils peuvent également remplir leurs fonctions normales. Chez les vertébrés et les levures diploïdes, le nombre de chromosomes est de 2n à cette phase, tandis que chez les levures haploïdes, le nombre de chromosomes est de 1n.

En bref, la première phase de croissance est le moment où juste après la naissance (en mitose) le la cellule se prépare pour la synthèse d’ADN (en phase S).

Que se passe-t-il en G2 du cycle cellulaire?

Nous avons examiné ce qui se passe lors de la première phase de croissance, et ce qui se passe à la phase S se trouve dans l’article « Que se passe-t-il dans la phase S », les détails de la réplication de l’ADN sont fournis dans « Qu’est-ce que l’ADN ». Passons maintenant à la deuxième phase de croissance, G2.

La deuxième phase de croissance suit la phase S (synthèse). Au-delà de la phase S, la cellule passe par un point de contrôle qualité où (comme à chaque point de transition du cycle) l’intégrité de l’ADN est vérifiée. Après cela, la cellule entre dans la deuxième phase de croissance où l’enveloppe nucléaire enveloppe le noyau. Dans cette phase, deux centrosomes se sont formés (grâce à la première phase de croissance); dans les cellules animales, ces centrosomes ont deux centrioles.

Il est important de noter que l’ADN répliqué en phase S ne s’est pas encore condensé en chromosomes. Les organites nécessaires à la division cellulaire (en phase M) sont également synthétisés en phase S. Les microtubules qui seront utilisés pour mobiliser les chromosomes en phase M sont assemblés en G2.

Désormais, toutes les tâches accomplies pendant G2 ne peuvent être correctement accomplies que si les événements avant G2 se sont déroulés comme prévu. Les arrêts aux stands appelés points de contrôle sont présents dans le seul but de s’assurer que la cellule a terminé avec succès toutes les tâches qu’elle est censée accomplir après chaque phase.Le cycle cellulaire comprend trois points de contrôle, à savoir, M / G1 (Sortie M), G1 / S (Entrée S) et G2 / M (Entrée M).

Points de contrôle

Le Quittez M et entrez les points de contrôle S

Avant que la cellule n’entre dans la phase G1 de l’interphase, elle passe par le point de contrôle de sortie M. Ici, la cellule est vérifiée pour s’assurer qu’elle a terminé la phase de mitose et est prête pour la première phase de croissance. Plus précisément, les cellules sont vérifiées pour voir si elles ont terminé la division cellulaire et si les chromosomes se sont correctement alignés et pour s’assurer qu’ils sont attachés à des fuseaux.

Avant que la cellule ne s’engage dans la phase S, elle passe par le point de contrôle G1 / S, également appelé Enter S, où l’état nutritionnel de la cellule et l’intégrité de l’ADN sont vérifiés. Il s’agit d’une étape particulièrement importante pour une cellule sur le point d’entrer dans la phase S. Chez la levure, la taille des cellules est utilisée comme indicateur pour déterminer si elles sont prêtes à passer à la phase suivante.

Quand et comment les cellules progressent dans le cycle cellulaire est étroitement contrôlé par une pléthore de protéines régulatrices . Ces protéines appartiennent à deux groupes appelés cyclines et kinases dépendantes des cyclines (Cdks). L’activité des Cdks fluctue avec les cyclines. Les cyclines sont des protéines qui régulent le rythme du cycle cellulaire. Leurs niveaux fluctuent dans le cycle cellulaire, d’où leur nom.

À la fin de la mitose, le Cdc14 (une phosphatase) est retenu en otage dans les nucléoles; cela empêche l’activation du facteur de spécificité APC (Cdh1) qui est nécessaire pour polyubiquitiner les cyclines en aval. Cela empêche la nécessaire diminution de l’activité du facteur favorisant la maturation (un complexe cycline / CDK) qui arrête la progression en télophase.

La télophase est suffisamment prolongée pour vérifier que les chromosomes se sont correctement séparés. Une fois que cela est confirmé, Cdc14 est publié. La cascade en aval associée conduit à des niveaux abaissés du MPF qui provoque la progression de la cellule au-delà de la télophase, en sortant de la phase de mitose et en entrant dans G1. Tout ce qui se passe dans la télophase et la cytokinèse qui en résulte est ce que nous appelons une sortie de la mitose.

Après la phase de mitose, la cellule entre dans la phase G1. A l’entrée, les complexes de pré-réplication d’ADN se positionnent aux origines en se préparant à la réplication de l’ADN en phase S. La cycline G1-CDK (cycline D / CDK2) désactive Cdh1, activant ainsi l’expression des composants cycline-CDK de phase S (par exemple la cycline E / CDK2). L’inhibiteur du complexe cycline-CDK en phase S est phosphorylé, le marquant pour une dégradation par 5 SCF / protéasome. Cette action laisse le complexe cycline-CDK libre d’initier ou de déplacer la cellule vers la phase suivante du cycle, la phase S. Cette cascade de signalisation elle-même est assez conservée entre les groupes, mais les cyclines spécifiques et leurs CDK peuvent varier.

Le point de contrôle G1 semble être le déterminant du destin de la cellule dans le cycle cellulaire. Si une cellule obtient le feu vert au point de contrôle G1, elle fait généralement le tour (complétant le cycle et se divisant). Sinon, il quitte complètement le cycle, entrant dans la phase G0.

Enter M et la régulation de la phase G2

Le point de contrôle Enter M influence la sortie de la phase G2. A chaque transition du cycle cellulaire, les cellules sont contrôlées en permanence pour l’intégrité de l’ADN, où (dans le cas de la transition S en G2) l’ADN nouvellement dupliqué est vérifié pour les mutations et fixé si nécessaire. Une fois cette phase de transition passée, la cellule est prête pour la phase G2. Les cyclines et les complexes de kinases dépendantes des cyclines (CDK) contrôlent également les transitions ici, un peu comme dans G1.

L’activité des cyclines et de leurs CDK est régulée par phosphorylation (par une kinase activant les CDK; CAK) et la déphosphorylation (par une phosphatase KAP) de résidus spécifiques (généralement la tyrosine) du site de liaison à l’ATP des CDK.

Le contrôle du point de contrôle Enter M est essentiellement similaire chez les eucaryotes, avec la plupart des cyclines et leurs CDK ayant des homologues dans différents groupes eucaryotes. Ici, nous allons nous concentrer sur la levure de fission (Schizosaccharomycespombe) à titre d’exemple. Quatre protéines sont impliquées dans la régulation de l’activité protéine kinase de la CDK dans la levure de fission dans le contrôle de l’entrée en mitose. Avant de continuer, il convient de noter que la levure de fission n’a qu’un seul CDK tandis que les vertébrés ont une famille de CDK.

Dans la levure de fission, la cycline mitotique, Cdc13, forme un complexe avec CDK pour former un facteur favorisant la maturation (MPF). La protéine-tyrosine kinase appelée Wee1 agit comme un inhibiteur de ce complexe en phosphorylant la tyrosine 15 de la sous-unité CDK. Puis un CAK phosphoryle une thréonine activatrice 161. Cette double phosphorylation inactive le MPF, retardant la progression de la cellule de G2 en phase M. Une phosphatase, Cdc25, arrive et déphosphoryle la tyrosine, activant ainsi le MPF. Le MPF très actif peut maintenant soulager la cellule et la déplacer dans la phase mitotique.

Une fois de plus, la cellule entre en mitose, plonge puis entre en G1.Ici, la même question est posée à nouveau, « la cellule est-elle destinée à un autre voyage de cycle cellulaire ou doit-elle sortir? » Une fois la décision prise, la cellule passe ou sort.

En quoi G1 est-il différent de G2?

Nous espérons que vous avez déjà jaugé cela à partir des sections ci-dessus. Voici l’essentiel de celui-ci, l’ensemble de l’interphase englobe la croissance cellulaire et la division cellulaire, nous le savons. Une différence significative entre les phases de croissance est que la première phase de croissance concerne la croissance cellulaire tandis que G2 concerne la division cellulaire. Il est important de bien saisir les rôles de ces lacunes (décrites ci-dessus).

Pourquoi les phases d’interphase G1 et G2 sont-elles si importantes dans notre compréhension de la biologie?

L’objectif principal du cycle cellulaire est la division cellulaire. Si les phases de croissance ne remplissent pas leurs rôles, alors la cellule serait divisée par deux à chaque division cellulaire jusqu’à ce qu’il n’y ait plus rien à diviser. En effet, la réplication de l’ADN ne serait pas réussie sans les protéines et organites nécessaires synthétisées dans la première phase de croissance.

Pour souligner l’importance de ces phases, nous examinerons ce qui s’est passé ns s’ils tournent mal. Un exemple célèbre de cycle cellulaire qui a mal tourné est le cancer. En termes simples, le cancer est une croissance cellulaire incontrôlée. Dans le cancer, les cellules perdent leur capacité à dire quand elles sont endommagées et doivent sortir du cycle et, de préférence, passer par l’apoptose (mort cellulaire programmée).

Le cancer résulte de défauts dans le contrôle du cycle cellulaire (tumeur suppresseurs et proto-oncogènes). Si les suppresseurs de tumeur ne parviennent pas à ralentir le cycle cellulaire pour les contrôles d’intégrité cellulaire, la cellule peut alors procéder à la synthèse d’ADN avant qu’elle ne soit prête, ce qui entraîne une réplication de l’ADN défectueuse.

Pour qu’une cellule passe par la réplication de l’ADN avant il est prêt serait désastreux. Comment ça, demandez-vous? Les protéines qui contrôlent la synchronisation du cycle cellulaire sont codées par l’ADN. Ainsi, si quelque chose ne va pas dans la réplication, des erreurs sont susceptibles de s’accumuler et d’affecter potentiellement de nombreuses autres régions de codage parmi lesquelles peuvent se trouver d’autres régions codant pour encore plus de régulateurs. Cela conduirait à un désordre complet du cycle cellulaire, conduisant à la prolifération des cellules tumorales. Si ces cellules endommagées envahissent d’autres organes ou tissus, elles peuvent entraîner la mort de l’individu affecté.

Maintenant que nous avons traversé la morosité générale, concentrons-nous sur un problème spécifique: l’échec de G1. Tout d’abord, le G1 décide du moment où une cellule peut se diviser en fonction des conditions environnementales, de la santé et de la taille de la cellule. Si cette décision était retirée, la santé de la cellule ne serait pas vérifiée et, une fois de plus, les cellules endommagées passeraient à la phase S avant d’être prêtes.

Supposons que la cellule passe par la première phase de croissance juste bien mais se heurte à un obstacle à G2. Cela signifierait que les microtubules, par exemple, ne s’assemblent pas ici, ce qui signifie que les chromosomes ne sont pas mobilisés. Cela conduirait très probablement à la non-disjonction et, par conséquent, à des cellules avec un nombre inégal de chromosomes.

Les lacunes (1 et 2) sont essentielles pour sauvegarder la réplication de l’ADN et la mitose. Comment ça, demandez-vous? Revenons à la réplication de l’ADN qui a mal tourné si la réplication de l’ADN entre en condensation avant qu’elle ne soit prête à se rompre. De plus, si la réplication se produit juste avant la mitose, vous obtenez une séparation inégale du matériel génétique. Il est donc important de garder la réplication et la mitose séparées par les phases G pour préparer les cellules. La réplication de l’ADN et la mitose sont des événements si importants qu’avoir la chance d’avoir des phases G et des points de contrôle) pour vérifier l’intégrité de la cellule avant que ces événements ne se produisent est une précaution nécessaire.

Comprendre ce qui se passe dans ces phases est au cœur de notre Compréhension de ce qui ne va pas dans le cancer.

Conclusion

Ceci est une introduction à la biologie des phases G du cycle cellulaire; il ne s’agit en aucun cas d’une couverture exhaustive de ce sujet complexe. Le cycle cellulaire est une partie si vitale de l’existence de tous les eucaryotes. En tant que tel, il est important qu’il soit étroitement contrôlé (par des suppresseurs de tumeurs et des proto-oncogènes).

Les phases de croissance sont peut-être les phases les plus critiques du cycle cellulaire. Que se passe-t-il dans G1 du cycle cellulaire? G1 prépare les cellules fraîchement sorties de la mitose pour un autre cycle de réplication de l’ADN en fabriquant les protéines et les organites nécessaires. G1 et G2, bien que les deux soient des phases de croissance différentes. Alors, que se passe-t-il dans G2 du cycle cellulaire? La deuxième phase de croissance commence à préparer les cellules avec de l’ADN nouvellement répliqué à entrer dans la phase de mitose en mettant en place les organites nécessaires à la mitose.

Le cycle cellulaire est une partie vitale de la persistance continue de tous les eucaryotes et procaryotes.

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