Qu'est-ce que « Cyclines et kinases dépendantes des cyclines » ? — Biologie

Définition 10.1 Biologie universitaire — 3e année · Chapitre 10 — Contrôle du cycle cellulaire et mort cellulaire programmée

Le cycle cellulaire — G1, S (réplication), G2, M (mitose) — est entraîné par une famille de protéines kinases, les kinases dépendantes des cyclines (CDK), dont les sous-unités catalytiques sont présentes tout au long du cycle mais ne sont actives qu’une fois liées à une cycline, sous-unité régulatrice dont la concentration monte et redescend dans un ordre fixe : la cycline D avec Cdk4/6 en G1 en réponse aux facteurs de croissance, la cycline E avec Cdk2 à la transition G1/S, la cycline A avec Cdk2 tout au long de la phase S, la cycline B avec Cdk1 à l’entrée en mitose. Chaque couple cycline–CDK phosphoryle les protéines de sa phase — origines de réplication, lamines, condensines, enzymes de l’assemblage du fuseau — et chacun est éteint par la destruction de sa cycline : des ubiquitine-ligases (SCF en G1/S, le complexe promoteur de l’anaphase, APC/C, en mitose) marquent les cyclines pour le protéasome. L’activité de Cdk1 est en outre commandée par une phosphorylation inhibitrice posée par la kinase Wee1 et retirée par la phosphatase Cdc25, ainsi que par de petites protéines inhibitrices (p21, p27, p16) qui se fixent sur les complexes. Le cycle est donc une suite ordonnée de vagues de kinases, chaque vague se terminant par la protéolyse de ce qui l’a produite.

Le cycle comme suite de vagues cycline–CDK, chacune close par la destruction de sa cycline, avec les trois points de contrôle (barres rouges) où la cellule se demande s’il faut continuer.

À gauche : le plan de phase de l’oscillateur. La courbe en S est l’état stationnaire rapide de Cdk1 pour chaque niveau de cycline ; la boucle rouge est le cycle — accumulation lente le long de la branche basse, saut en C_2, dégradation rapide le long de la branche haute, saut de retour en C_1. À droite : l’évolution temporelle qui en résulte, une dent de scie de cycline et un créneau de kinase. — À gauche : le plan de phase de l’oscillateur. La courbe en S est l’état stationnaire rapide de Cdk1 pour chaque niveau de cycline ; la boucle rouge est le cycle — accumulation lente le long de la branche basse, saut en $C_{2}$ , dégradation rapide le long de la branche haute, saut de retour en $C_{1}$ . À droite : l’évolution temporelle qui en résulte, une dent de scie de cycline et un créneau de kinase.

Exemples

Exemple 10.3 (Pourquoi l’œuf de grenouille est une horloge)

Un œuf de grenouille fécondé se divise douze fois en six heures, sans croissance, sans transcription et sans points de contrôle, à intervalles de $30\,\mathrm{min}$ : c’est l’oscillateur du théorème tournant à nu, et un extrait de son cytoplasme dans un tube à essai continue de cycler, la cycline montant et redescendant, sans rien à diviser. Ajouter une cycline B non dégradable bloque l’extrait en mitose, puisque $C$ ne peut jamais tomber sous $C_{1}$ ; bloquer la synthèse de cycline le bloque en interphase. Dans une cellule somatique, le même moteur est enveloppé dans les contrôles de la section suivante, qui le retiennent aux seuils jusqu’à ce que les conditions soient remplies, de sorte que la période devient un jour plutôt qu’une demi-heure et peut s’allonger indéfiniment.

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