B4 · Cycle et destin cellulaires
Cycle cellulaire : phases et points de contrôle
Décrire la succession des phases G1, S, G2 et M et la sortie en G0. Présenter les points de contrôle, ce qu'ils vérifient et les conséquences d'un signal d'arrêt.
Biologie cellulaire7 min de lecture17 QCM corrigés
Organisation générale du cycle cellulaire
Le cycle cellulaire comprend quatre phases principales :
- G1, phase de croissance et de préparation à la duplication de l'ADN ;
- S, phase de synthèse au cours de laquelle l'ADN est répliqué ;
- G2, phase de préparation à la division ;
- M, phase de division cellulaire comprenant la division du noyau puis celle du cytoplasme.
Les phases G1, S et G2 constituent ensemble l'interphase. Celle-ci ne correspond pas à un repos : la cellule y exerce ses fonctions, synthétise des constituants et prépare activement les étapes suivantes.
La progression est orientée : G1 précède S, qui précède G2, puis M. Cette succession évite que la cellule ne divise un génome incomplet ou incorrectement dupliqué. La durée de chaque phase varie selon le type cellulaire et les conditions environnementales ; G1 est généralement la phase la plus variable.
Les phases de l'interphase
Phase G1
La phase G1 commence après la division cellulaire. La cellule fille possède un génome non répliqué et doit atteindre un état compatible avec une nouvelle duplication. Elle augmente sa masse, synthétise des ARN et des protéines, renouvelle ses organites et évalue son environnement.
La progression en G1 dépend notamment :
- de la disponibilité des nutriments et de l'énergie ;
- de la présence de signaux extracellulaires favorisant la prolifération ;
- de la taille et de l'état fonctionnel de la cellule ;
- de l'intégrité de l'ADN.
Le franchissement du point de restriction ne supprime pas les contrôles ultérieurs. Une lésion de l'ADN peut encore interrompre la progression après cet engagement.
Phase S
Pendant la phase S, la quantité totale d'ADN double. Chaque chromosome acquiert deux chromatides sœurs, c'est-à-dire deux copies issues de la réplication et initialement associées. Le nombre de chromosomes, défini par le nombre de centromères, ne double donc pas pendant S : c'est la quantité d'ADN et le nombre de chromatides qui augmentent.
La réplication doit être à la fois complète et réalisée une seule fois par cycle. Une duplication partielle laisserait des régions génomiques absentes des cellules filles, tandis qu'une nouvelle duplication d'une région déjà copiée produirait un excès d'information génétique.
Phase G2
La phase G2 sépare la fin de la réplication du début de la division. La cellule continue sa croissance et prépare les structures nécessaires à la phase M. Elle vérifie surtout que la réplication est terminée et que l'ADN ne présente pas de lésion incompatible avec sa répartition.
G2 constitue ainsi un délai de sécurité : l'entrée immédiate en division après une réplication défectueuse risquerait de transmettre ou d'aggraver les anomalies génétiques.
Phase M
La phase M assure successivement la répartition des chromosomes répliqués puis la séparation du cytoplasme. Le déroulement détaillé de la mitose relève de la fiche dédiée.
À l'issue d'une division correcte, chaque cellule fille reçoit une copie du génome puis entre en G1. Les cellules peuvent également quitter le cycle prolifératif pour entrer en G0.
Sortie du cycle et phase G0
G0 n'est pas une étape obligatoire située entre M et G1. Il s'agit d'une sortie du cycle, généralement depuis G1. La cellule reste métaboliquement active et peut remplir ses fonctions spécialisées sans dupliquer son ADN.
Cette sortie peut être :
- réversible, lorsque la cellule peut reprendre le cycle en réponse à des signaux adaptés ;
- durable, lorsque la cellule est fortement différenciée et ne prolifère plus dans les conditions physiologiques habituelles.
La différenciation, les cellules souches et la sénescence sont développées dans les fiches qui leur sont consacrées. La sénescence ne doit pas être assimilée à une simple G0 réversible : elle correspond à un arrêt durable associé à des modifications cellulaires spécifiques.
Principe des points de contrôle
Un point de contrôle ne constitue pas une phase supplémentaire. Il fonctionne comme une condition de passage : si les critères sont satisfaits, la progression continue ; sinon, un signal d'arrêt inhibe temporairement les mécanismes qui entraînent la transition suivante.
Le contrôle moléculaire de ces transitions repose notamment sur les cyclines et les kinases dépendantes des cyclines, étudiées dans la fiche suivante.
Point de contrôle G1/S
Situé avant l'entrée en phase S, il vérifie principalement :
- l'intégrité de l'ADN ;
- la taille et l'état métabolique de la cellule ;
- la disponibilité de nutriments et d'énergie ;
- la présence de signaux favorables à la prolifération.
Son rôle est d'empêcher la réplication d'un ADN déjà lésé. Si une lésion était copiée, elle pourrait être fixée dans le génome et transmise aux cellules filles.
Contrôle au cours de la phase S
La réplication elle-même fait l'objet d'une surveillance. Le contrôle intra-S détecte les lésions de l'ADN et les difficultés rencontrées par les structures de réplication. Il ralentit la synthèse, limite l'activation de nouvelles zones de réplication et laisse du temps aux mécanismes de réparation.
Point de contrôle G2/M
Avant l'entrée en phase M, ce point vérifie :
- que la réplication du génome est achevée ;
- que l'ADN répliqué ne porte pas de lésion majeure non réparée ;
- que la cellule est capable d'engager la division.
Son activation empêche la condensation et la répartition prématurées d'un génome incomplet ou endommagé.
Point de contrôle de la phase M
Le point de contrôle de la phase M vérifie que tous les chromosomes sont correctement reliés au système de séparation par leurs kinétochores. Tant qu'un chromosome n'est pas convenablement attaché et positionné, la séparation des chromatides sœurs est retardée.
Conséquences d'un signal d'arrêt
Un arrêt transitoire protège donc le génome en donnant du temps à la réparation. Si celle-ci réussit, le signal d'arrêt disparaît et la progression reprend. Si les dommages sont trop importants ou irréparables, la cellule ne doit pas transmettre son génome : elle peut entrer en sénescence ou déclencher une mort cellulaire programmée. Les mécanismes de l'apoptose sont traités dans une fiche dédiée.
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