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15.2 : Cycle cellulaire et division cellulaire - Biologie

15.2 : Cycle cellulaire et division cellulaire - Biologie



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Tant de cellules !

Le bébé de la figure (PageIndex{1}) a beaucoup à faire avant d'être aussi grand que sa mère. La majeure partie de leur croissance sera le résultat de la division cellulaire. Au moment où le bébé sera adulte, son corps sera composé de milliards de cellules. La division cellulaire n'est qu'une des étapes que toutes les cellules traversent au cours de leur vie. Cela inclut les cellules nocives, telles que les cellules cancéreuses. Les cellules cancéreuses se divisent plus souvent que les cellules normales et se développent de manière incontrôlée. En fait, c'est ainsi que les cellules cancéreuses causent la maladie. Dans ce concept, vous découvrirez comment les cellules se divisent, les autres étapes par lesquelles passent les cellules et ce qui provoque la division incontrôlée des cellules cancéreuses et l'endommagement du corps.

Le cycle cellulaire

La division cellulaire est le processus au cours duquel une cellule, appelée cellule mère, se divise pour former deux nouvelles cellules, appelées cellules filles. La façon dont cela se produit dépend du fait que la cellule est procaryote ou eucaryote. La division cellulaire est plus simple chez les procaryotes que chez les eucaryotes car les cellules procaryotes elles-mêmes sont plus simples. Les cellules procaryotes ont un seul chromosome circulaire, pas de noyau et peu d'autres organites. Les cellules eucaryotes, en revanche, ont plusieurs chromosomes contenus dans un noyau et de nombreux autres organites. Toutes ces parties cellulaires doivent être dupliquées puis séparées lorsque la cellule se divise. La division cellulaire n'est qu'une des nombreuses étapes que traverse une cellule au cours de sa vie. Les cycle cellulaire est une série répétée d'événements qui incluent la croissance, la synthèse d'ADN et la division cellulaire. Le cycle cellulaire chez les procaryotes est assez simple : la cellule se développe, son ADN se réplique et la cellule se divise. Cette forme de division chez les procaryotes est appelée reproduction asexuée. Chez les eucaryotes, le cycle cellulaire est plus compliqué.

Cycle cellulaire eucaryote

La figure (PageIndex{2}) représente le cycle cellulaire d'une cellule eucaryote. Comme vous pouvez le voir, le cycle cellulaire eucaryote comporte plusieurs phases. La phase mitotique (M) comprend à la fois la mitose et la cytokinèse. C'est à ce moment que le noyau puis le cytoplasme se divisent. Les trois autres phases (G1, S et G2) sont généralement regroupés en interphase. Pendant l'interphase, la cellule se développe, effectue des processus de vie de routine et se prépare à se diviser. Ces phases sont discutées ci-dessous.

Interphase

L'interphase du cycle cellulaire eucaryote peut être subdivisée en les phases suivantes (Figure (PageIndex{2})).

  • Phase de croissance 1 (G1): La cellule passe la majeure partie de sa vie dans la première phase d'écart (parfois appelée croissance), G1. Au cours de cette phase, une cellule subit une croissance rapide et remplit ses fonctions de routine. Au cours de cette phase, les activités biosynthétiques et métaboliques de la cellule se produisent à un rythme élevé. La synthèse d'acides aminés et de centaines de milliers ou de millions de protéines nécessaires à la cellule se produit au cours de cette phase. Les protéines produites comprennent celles nécessaires à la réplication de l'ADN. Si une cellule ne se divise pas, la cellule entre dans le G0 phase de cette phase.
  • g0 phase: Le G0 phase est une phase de repos où la cellule a quitté le cycle et a cessé de se diviser. Les cellules ne se divisant pas dans les organismes eucaryotes multicellulaires entrent dans G0 de G1. Ces cellules peuvent rester dans G0 pendant de longues périodes, voire indéfiniment, comme avec les neurones. Les cellules complètement différenciées peuvent également entrer dans G0. Certaines cellules cessent de se diviser lorsque des problèmes de durabilité ou de viabilité de leurs cellules filles surviennent, par exemple avec des dommages ou une dégradation de l'ADN, un processus appelé sénescence cellulaire. La sénescence cellulaire se produit lorsque les cellules diploïdes normales perdent la capacité de se diviser, normalement après environ 50 divisions cellulaires.
  • Phase de synthèse (S) : Les cellules en division entrent dans la phase de synthèse (S) à partir de G1. Pour que deux cellules filles génétiquement identiques se forment, l'ADN de la cellule doit être copié par réplication de l'ADN. Lorsque l'ADN est répliqué, les deux brins de la double hélice sont utilisés comme matrices pour produire deux nouveaux brins complémentaires. Ces nouveaux brins se lient ensuite aux brins matrices et deux doubles hélices se forment. Au cours de cette phase, la quantité d'ADN dans la cellule a effectivement doublé, bien que la cellule reste dans un état diploïde.
  • Phase de croissance 2 (G2): Le deuxième écart (croissance) (G2) est une période de croissance raccourcie au cours de laquelle de nombreux organites sont reproduits ou fabriqués. Les pièces nécessaires à la mitose et la division cellulaire sont faites au cours de G2, comprenant microtubules utilisé dans le fuseau mitotique.

Phase mitotique

Avant qu'une cellule eucaryote ne se divise, tout l'ADN des multiples chromosomes de la cellule est répliqué. Ses organites sont également dupliqués. Cela se produit dans l'interphase. Ensuite, lorsque la cellule se divise (phase mitotique), elle se produit en deux étapes majeures, appelées mitose et cytokinèse, qui sont tous deux décrits plus en détail dans le concept Phase mitotique : mitose et cytokinèse.

  • La première étape de la phase mitotique d'une cellule eucaryote est la mitose, un processus en plusieurs phases dans lequel le noyau de la cellule se divise. Au cours de la mitose, l'enveloppe nucléaire (membrane) se décompose et se reforme plus tard. Les chromosomes sont également triés et séparés pour garantir que chaque cellule fille reçoive un jeu complet de chromosomes.
  • La deuxième étape majeure est la cytokinèse. Cette étape, qui se produit également dans les cellules procaryotes, se produit lorsque le cytoplasme se divise et que deux cellules filles se forment.
Tableau (PageIndex{2}) : Résumé du cycle de cellule

État

Nom

La description

Sénescent au repos

Phase de repos (G0)

Une phase de repos où la cellule a quitté le cycle et a cessé de se diviser.

Interphase

1st phase de croissance (G1)

Phase de synthèse (S)

2sdphase de croissance (G2)

Les cellules augmentent de taille en G1. Les cellules effectuent leurs activités normales.

La réplication de l'ADN se produit pendant cette phase.

La cellule va continuer à croître et de nombreux organites vont se diviser au cours de leur phase.

La division cellulaire

Mitose (M)

La croissance cellulaire s'arrête à ce stade. La mitose divise le noyau en deux noyaux, suivie d'une cytokinèse qui divise le cytoplasme. Il en résulte deux cellules filles génétiquement identiques.

Contrôle du cycle cellulaire

Si le cycle cellulaire se produisait sans régulation, les cellules pourraient passer d'une phase à l'autre avant d'être prêtes. Qu'est-ce qui contrôle le cycle cellulaire? Comment la cellule sait-elle quand croître, synthétiser l'ADN et se diviser ? Le cycle cellulaire est contrôlé principalement par des protéines régulatrices. Ces protéines contrôlent le cycle en signalant à la cellule de démarrer ou de retarder la phase suivante du cycle. Ils s'assurent que la cellule termine la phase précédente avant de passer à autre chose. Les protéines régulatrices contrôlent le cycle cellulaire à des points de contrôle clés, qui sont illustrés à la figure (PageIndex{3}). Il existe plusieurs points de contrôle principaux :

  1. Le point de contrôle G1 : juste avant l'entrée dans la phase S, prend la décision clé de savoir si la cellule est suffisamment grande pour se diviser. Si la cellule n'est pas assez grande, elle passe en période de repos (G0)
  2. Point de contrôle de la synthèse de l'ADN : Le point de contrôle S détermine si l'ADN a été répliqué correctement.
  3. Le point de contrôle de la mitose : Ce point de contrôle garantit que tous les chromosomes sont correctement alignés avant que la cellule ne soit autorisée à se diviser.

Cancer et cycle cellulaire

Cancer est une maladie qui survient lorsque le cycle cellulaire n'est plus régulé. Cela se produit parce que l'ADN d'une cellule est endommagé. Cela entraîne des mutations dans les gènes qui régulent le cycle cellulaire. Des dommages peuvent survenir en raison de l'exposition à des dangers tels que des rayonnements ou des produits chimiques toxiques. Les cellules cancéreuses se divisent généralement beaucoup plus rapidement que les cellules normales. Ils peuvent former une masse de cellules anormales appelées tumeur (voir Figure (PageIndex{4})). Les cellules qui se divisent rapidement absorbent les nutriments et l'espace dont les cellules normales ont besoin. Cela peut endommager les tissus et les organes et éventuellement entraîner la mort. Lorsque la division cellulaire incontrôlée se produit dans la moelle osseuse, des cellules sanguines anormales et non fonctionnelles sont produites car la division se produit avant que la cellule ne soit prête pour la division. Dans ces types de cancer, il n'y a pas de tumeur évidente.

Dossier : La biologie humaine dans l'actualité

Henrietta Lacks a cherché un traitement pour son cancer à l'hôpital universitaire Johns Hopkins à un moment où les chercheurs essayaient de cultiver des cellules humaines en laboratoire pour des tests médicaux. Malgré de nombreuses tentatives, les cellules mouraient toujours avant d'avoir subi de nombreuses divisions cellulaires. Le médecin de Mme Lacks a prélevé un petit échantillon de cellules de sa tumeur à son insu et les a donnés à un chercheur de Johns Hopkins, qui a essayé de les cultiver sur une plaque de culture. Pour la première fois dans l'histoire, les cellules humaines cultivées sur une plaque de culture ont continué à se diviser... et à se diviser et à se diviser et à se diviser. Des copies des cellules Lacks d'Henrietta - appelées cellules HeLa pour son nom - sont toujours en vie aujourd'hui. En fait, il existe actuellement plusieurs milliards de cellules HeLa dans les laboratoires du monde entier !

Pourquoi les cellules d'Henrietta Lacks ont survécu alors que d'autres cellules humaines n'ont pas survécu est encore un mystère, mais ce sont clairement des cellules extrêmement résistantes et résistantes. En 1953, lorsque les chercheurs ont appris qu'ils pouvaient continuer à se diviser indéfiniment, des usines ont été créées pour commencer à produire les cellules à grande échelle pour la recherche médicale. Depuis lors, les cellules HeLa ont été utilisées dans des milliers d'études et ont permis des centaines de progrès médicaux. Par exemple, Jonas Salk a utilisé les cellules au début des années 1950 pour tester son vaccin contre la polio. Au cours des décennies qui ont suivi, les cellules HeLa ont été utilisées pour faire d'importantes découvertes dans l'étude du cancer, du sida et de nombreuses autres maladies. Les cellules ont même été envoyées dans l'espace lors des premières missions spatiales pour apprendre comment les cellules humaines réagissent à l'apesanteur. Les cellules HeLa ont également été les premières cellules humaines jamais clonées, et leurs gènes ont été parmi les premiers à être cartographiés. Il est presque impossible de surestimer l'importance profonde des cellules HeLa pour la biologie et la médecine humaines.

On pourrait penser que le nom d'Henrietta Lacks serait bien connu dans l'histoire médicale pour ses contributions sans précédent à la recherche biomédicale. Cependant, jusqu'en 2010, son histoire était pratiquement inconnue. Cette année-là, un écrivain scientifique nommé Rebecca Skloot a publié un livre de non-fiction sur Henrietta Lacks, nommé La vie immortelle d'Henrietta Manque. Basé sur une décennie de recherche, le livre est fascinant et il est devenu un best-seller presque instantané. En 2016, Oprah Winfrey et ses collaborateurs prévoyaient de faire un film basé sur le livre, et ces dernières années, de nombreux articles sur Henrietta Lacks sont parus dans la presse.

Ironiquement, Henrietta elle-même n'a jamais su que ses cellules avaient été prises, et sa famille non plus. Alors que ses cellules rapportaient beaucoup d'argent et construisaient des carrières scientifiques, ses enfants vivaient dans la pauvreté, trop pauvres pour se payer une assurance médicale. L'histoire d'Henrietta Lacks et de ses cellules immortelles soulève des questions éthiques sur les tissus humains et sur qui les contrôle dans la recherche biomédicale. Cependant, il ne fait aucun doute qu'Henrietta Lacks mérite beaucoup plus de reconnaissance pour sa contribution à l'avancement de la science et de la médecine.

Revoir

  1. Quelles sont les deux phases principales du cycle cellulaire dans une cellule eucaryote ?
  2. Décrire les trois phases de l'interphase dans une cellule eucaryote.
  3. Expliquez comment le cycle cellulaire est contrôlé.
  4. Comment le cancer est-il lié au cycle cellulaire?
  5. Quelles sont les deux étapes majeures de la division cellulaire dans une cellule eucaryote ?
  6. Dans quelle phase du cycle cellulaire eucaryote les cellules passent-elles généralement la majeure partie de leur vie ?
  7. Quelles phases du cycle cellulaire auront des cellules avec deux fois plus d'ADN ? Expliquez votre réponse.
  8. S'il y a des dommages à un gène qui code pour une protéine régulatrice du cycle cellulaire, que pensez-vous qui pourrait arriver ? Expliquez votre réponse.
  9. Vrai ou faux. Les cellules vont dans G0 s'ils ne passent pas le G1 point de contrôle.
  10. Dans quelle phase de l'interphase la cellule effectue-t-elle les derniers préparatifs pour se diviser ?
    1. Mitose
    2. Cytokinèse
    3. g2
    4. S
  11. Qu'essayaient de faire les scientifiques lorsqu'ils ont prélevé des cellules tumorales sur Henrietta Lacks ? Pourquoi ont-ils spécifiquement utilisé des cellules tumorales pour tenter d'atteindre leur objectif ?

Explore plus

La vidéo ci-dessous traite du cycle cellulaire et de son lien avec le cancer.


39 6.2 Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire est une série ordonnée d'événements impliquant la croissance cellulaire et la division cellulaire qui produit deux nouvelles cellules filles. Les cellules sur le chemin de la division cellulaire passent par une série d'étapes de croissance, de réplication de l'ADN et de division précisément chronométrées et soigneusement régulées qui produisent deux cellules génétiquement identiques. Le cycle cellulaire comporte deux phases principales : l'interphase et la phase mitotique (Figure 6.3). Pendant l'interphase, la cellule se développe et l'ADN est répliqué. Pendant la phase mitotique, l'ADN répliqué et le contenu cytoplasmique sont séparés et la cellule se divise.

Figure 6.3 Une cellule traverse une série de phases de manière ordonnée. Pendant l'interphase, G1 implique la croissance cellulaire et la synthèse des protéines, la phase S implique la réplication de l'ADN et la réplication du centrosome, et G2 implique une croissance et une synthèse protéiques supplémentaires. La phase mitotique suit l'interphase. La mitose est la division nucléaire au cours de laquelle les chromosomes dupliqués sont séparés et distribués dans les noyaux filles. Habituellement, la cellule se divise après la mitose dans un processus appelé cytokinèse dans lequel le cytoplasme est divisé et deux cellules filles sont formées.


Concept en action

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Pour fabriquer deux cellules filles, le contenu du noyau et du cytoplasme doit être divisé. La phase mitotique est un processus en plusieurs étapes au cours duquel les chromosomes dupliqués sont alignés, séparés et déplacés vers les pôles opposés de la cellule, puis la cellule est divisée en deux nouvelles cellules filles identiques. La première partie de la phase mitotique, la mitose, est composée de cinq étapes qui accomplissent la division nucléaire. La deuxième partie de la phase mitotique, appelée cytokinèse, est la séparation physique des composants cytoplasmiques en deux cellules filles.

La mitose est divisée en une série de phases—prophase, prométaphase, métaphase, anaphase et télophase—qui aboutissent à la division du noyau cellulaire (Figure 6.4).

Figure 6.4 La mitose des cellules animales est divisée en cinq étapes—prophase, prométaphase, métaphase, anaphase et télophase—visualisées ici par microscopie optique avec fluorescence. La mitose s'accompagne généralement d'une cytokinèse, montrée ici par un microscope électronique à transmission. (crédit « diagrammes » : modification du travail par Mariana Ruiz Villareal crédit « micrographes de mitose » : modification du travail par Roy van Heesbeen crédit « micrographie de cytokinèse » : modification du travail par le Wadsworth Center, NY State Department of Health reversé à la fondation Wikimedia données de la barre d'échelle de Matt Russell)

Lequel des éléments suivants est l'ordre correct des événements dans la mitose ?

  1. Les chromatides sœurs s'alignent sur la plaque métaphasique. Le kinétochore s'attache au fuseau mitotique. Le noyau se reforme et la cellule se divise. Les chromatides sœurs se séparent.
  2. Le kinétochore s'attache au fuseau mitotique. Les chromatides sœurs se séparent. Les chromatides sœurs s'alignent sur la plaque métaphasique. Le noyau se reforme et la cellule se divise.
  3. Le kinétochore s'attache à la plaque métaphasique. Les chromatides sœurs s'alignent sur la plaque métaphasique. Le kinétochore se décompose et les chromatides sœurs se séparent. Le noyau se reforme et la cellule se divise.
  4. Le kinétochore s'attache au fuseau mitotique. Les chromatides sœurs s'alignent sur la plaque métaphasique. Le kinétochore se sépare et les chromatides sœurs se séparent. Le noyau se reforme et la cellule se divise.

Au cours de la prophase, la « première phase », plusieurs événements doivent se produire pour permettre l'accès aux chromosomes du noyau. L'enveloppe nucléaire commence à se briser en petites vésicules, et l'appareil de Golgi et le réticulum endoplasmique se fragmentent et se dispersent vers la périphérie de la cellule. Le nucléole disparaît. Les centrosomes commencent à se déplacer vers les pôles opposés de la cellule. Les microtubules qui forment la base du fuseau mitotique s'étendent entre les centrosomes, les écartant davantage à mesure que les fibres des microtubules s'allongent. Les chromatides sœurs commencent à s'enrouler plus étroitement et deviennent visibles au microscope optique.

Au cours de la prophase, de nombreux processus qui ont commencé en prophase continuent d'avancer et aboutissent à la formation d'une connexion entre les chromosomes et le cytosquelette. Les vestiges de l'enveloppe nucléaire disparaissent. Le fuseau mitotique continue de se développer à mesure que davantage de microtubules s'assemblent et s'étendent sur toute la longueur de l'ancienne zone nucléaire. Les chromosomes deviennent plus condensés et visuellement discrets. Chaque chromatide sœur se fixe aux microtubules du fuseau au niveau du centromère via un complexe protéique appelé kinétochore.

Au cours de la métaphase, tous les chromosomes sont alignés dans un plan appelé plaque métaphasique, ou plan équatorial, à mi-chemin entre les deux pôles de la cellule. Les chromatides sœurs sont toujours étroitement liées les unes aux autres. À ce stade, les chromosomes sont condensés au maximum.

Au cours de l'anaphase, les chromatides sœurs du plan équatorial sont séparées au centromère. Chaque chromatide, maintenant appelée chromosome, est attirée rapidement vers le centrosome auquel son microtubule était attaché. La cellule s'allonge visiblement lorsque les microtubules non kinétochores glissent les uns contre les autres au niveau de la plaque métaphasique où ils se chevauchent.

Au cours de la télophase, tous les événements qui mettent en place les chromosomes dupliqués pour la mitose au cours des trois premières phases sont inversés. Les chromosomes atteignent les pôles opposés et commencent à se décondenser (démêler). Les fuseaux mitotiques sont décomposés en monomères qui seront utilisés pour assembler les composants du cytosquelette pour chaque cellule fille. Des enveloppes nucléaires se forment autour des chromosomes.


Caractéristiques

    Approche basée sur l'enquêteBiologie présente les concepts biologiques de la façon dont les scientifiques pensent réellement, en commençant par une question, en passant des observations aux hypothèses, à la conception et à l'analyse expérimentales, aux conclusions et finalement à la détermination de la prochaine question à poser. Les questions tout au long du texte motivent le matériel et engagent activement l'élève. La présentation est enrichie de graphiques de données, initiant les étudiants à l'interprétation et à l'analyse des données.

      En apprenant à penser comme les scientifiques pensent, les étudiants mettront en pratique et développeront cette capacité, les aidant à la fois à retenir les informations présentées et à appliquer cette compétence à d'autres questions et problèmes biologiques. Ex.___

      Plutôt que de présenter la biologie comme un recueil de faits à mémoriser, Biologie aide les élèves à donner un sens logique aux concepts de base en les plaçant dans un contexte expérimental convaincant. Ex.___

      Inspire les élèves avec un sentiment d'émerveillement et d'excitation qui rend l'apprentissage de la biologie intéressant et amusant. Ex.___

      L'évolution et l'utilisation des diagrammes d'arbres phylogénétiques sont introduites au chapitre 1 et tissées tout au long du texte. Ex.___

      Des sujets moléculaires et évolutifs fondamentaux sont introduits, puis intégrés dans le contexte tout au long du livre (c'est-à-dire des exemples d'évolution dans la couverture cellulaire/moléculaire et les exemples moléculaires dans la couverture de l'organisme). Ex.___

      Les élèves comprennent les connexions et la « vue d'ensemble » de la biologie au lieu du matériel d'apprentissage en tant que concepts isolés. Ex.___

      Le programme d'art est épuré et étroitement concentré sur le point d'enseignement central de chaque figure. Ex.___

      Capte l'attention des élèves et montre comment la science de la biologie peut être appliquée aux problèmes actuels de manière pertinente et mémorable. Ex.___

      • Un effort communautaire—Au cours de ce projet, des contributeurs, des réviseurs et des instructeurs de chaque domaine de la biologie ont été réunis chaque année pour travailler avec le Dr Freeman afin d'assurer une couverture appropriée, l'exactitude du contenu et la présentation de la recherche classique et actuelle dans un domaine donné. champ.
      • Le programme d'examen-Dr. Les chapitres de Freeman ont fait l'objet d'un programme de révision exhaustif, comprenant plus de 300 critiques d'experts et d'enseignants vedettes. Plus de 30 experts en précision ont examiné l'exactitude des pages de livre pendant le processus de production et d'impression. Plus de 100 avis d'étudiants ont également été sollicités pour confirmer la lisibilité et le niveau du contenu.
      • Le programme de soutien aux médias et aux instructeurs—Les ressources comprennent des outils pour la présentation des cours, l'évaluation, la communication et la gestion des cours, ainsi que l'ensemble du package multimédia pour les étudiants. Les ressources multimédias pour étudiants contiennent des didacticiels pour aider les étudiants à comprendre des concepts difficiles, des animations qui présentent des processus biologiques, des outils d'évaluation et un examen des compétences de base. L'objectif de l'ensemble de soutien de l'instructeur est de fournir des ressources qui permettent aux instructeurs de contrôler et d'améliorer le caractère, la profondeur et l'étendue de leur cours en utilisant le matériel de ce texte.

      4. Avancées des technologies biologiques

      4.1. Technologies d'imagerie médicale

      4.1.1.1. Peut facilement pénétrer les matériaux tels que la peau et les tissus, mais ne peut pas facilement pénétrer les métaux et les os.

      4.1.1.1.1. Peut être utilisé pour rechercher un cancer et diagnostiquer des problèmes des systèmes cardiovasculaire et respiratoire.

      4.1.1.1.2. Utilisé par les dentistes pour vérifier les caries dans vos dents.

      4.1.1.1.3. Les mammographes utilisent des rayons X pour vérifier la présence de cancer dans les tissus mammaires.

      4.1.2.1. Utilise un faisceau continu de rayons X pour produire des images qui montrent les mouvements d'organes, tels que l'estomac, l'intestin et le côlon, dans le corps.

      4.1.2.1.1. Utilisé pour étudier les vaisseaux sanguins du cœur et du cerveau.

      4.1.3.1. Au cours de la radiothérapie, un faisceau de rayons X est dirigé vers une tumeur afin de minimiser les dommages aux cellules normales saines.

      4.1.3.1.1. Endommager l'ADN et tuer les cellules cancéreuses ou les empêcher de se multiplier

      4.1.4.1. L'imagerie par ultrasons utilise des ondes sonores à haute fréquence pour produire des images de tissus et d'organes corporels.

      4.1.4.1.1. Utilisé pour étudier les tissus mous et les principaux organes du corps.

      4.1.4.1.2. Ne peut pas pénétrer dans l'os

      4.1.5. Tomographie Assistée par Ordinateur

      4.1.5.1. La TAO consiste à utiliser un équipement à rayons X pour former une image tridimensionnelle à partir d'une série d'images prises sous différents angles

      4.1.5.1.1. Fréquemment utilisé pour diagnostiquer le cancer, les anomalies du système squelettique et les maladies vasculaires.

      4.1.6. Imagerie par résonance magnétique

      4.1.6.1. L'IRM utilise des aimants puissants et des ondes radio pour produire des images détaillées du corps.

      4.1.6.1.1. Utile pour l'imagerie de la structure et de la fonction du cerveau, du cœur et du foie, des tissus mous et de l'intérieur des os.


      Estomac total 34 1 2 0 3 Échantillon de tissu ovarien 1

      19 0 0 1 0

      18 0 1 2 0

      Tableau 2 : Enregistrez vos données pour le nombre de cellules à chaque étape du cycle cellulaire observée dans les tissus cancéreux.

      Type de tissu # Cellules en interphase

      Échantillon de tissu pulmonaire Telophas e 1

      15 1 3 0 1

      16 0 2 1 1

      Poumon total 31 1 5 1 2 Échantillon de tissu gastrique 1

      14 2 1 1 2

      13 2 2 2 1

      27 4 3 3 3

      12 2 1 2 3

      11 2 2 3 2

      23 4 3 5 5

      Tableau 3 : Utilisez les données du tableau 1 pour calculer l'indice mitotique (% moyen de division des cellules) pour chaque type de tissu normal.

      Type de tissu Moy. % de cellules au repos Indice mitotique Poumon - normal 15,2 % 5 % Estomac - normal 13,6 % 15 % Ovaire - normal 15,17 % 9,756 %


      MATÉRIAUX ET MÉTHODES

      Construction d'un marqueur ER ciblé sur la lignée germinale

      La signal peptidase SP12 (C34B2.10) a été utilisée comme marqueur ER dans le traitement somatique C. elegans mouchoirs (Rouleaux et al., 2002). L'ADN génomique N2 du gène C34B2.10 codant pour une protéine-signal peptidase résidente du RE (SP12) a été amplifié par PCR. Le produit résultant dépourvu de la première méthionine de la séquence codante a été cloné dans le vecteur pENTR/D Gateway (Invitrogen, Carlsbad, CA). Le vecteur pID3.01 était un don généreux de G. Seydoux. Il contient le unc-119 séquence de sauvetage, ADNc EGFP sous la lignée germinale spécifique tarte-1 promoteur et une cassette Gateway permettant la création de fusions N-terminales avec la GFP. SP12 a été placé dans ce vecteur par la réaction LR Clonase (Invitrogen) entre les plasmides donneur pENTR/D et accepteur pID3.01.

      Transformation biologique

      La transformation des vers avec le vecteur contenant la séquence de fusion GFP::SP12 a été réalisée comme décrit par Praitis et al. (2001). Fondamentalement, le plasmide décrit ci-dessus a été appliqué sur des billes d'or de 1 µm (Bio-Rad, Hercules, CA). unc-119 les vers mutants ont ensuite été bombardés avec ces billes enrobées en utilisant le système de distribution de particules Bio-Rad PDS-1000/He (Bio-Rad). Après le bombardement, les vers ont pu se développer sur des plaques NGM de 100 mm pendant au moins 2 semaines. Les vers qui ont été sauvés par le plasmide (de type phénotypiquement sauvage) ont été examinés pour l'expression de la GFP et les lignées exprimant la GFP ont été conservées pour une utilisation expérimentale. Pour faciliter l'analyse temporelle in utero, l'une de ces lignes a été croisée avec la ligne exprimant H2B::GFP, AZ212 (Praitis et al., 2001).

      Immunocytochimie

      Les anticorps monoclonaux de souris anti-HDEL ont été aimablement fournis par S. Munro (MRC, Cambridge, Royaume-Uni). L'immunocytochimie a été réalisée essentiellement comme décrit (Pichler et al., 2000). En bref, les embryons de la souche exprimant SP12::GFP, immobilisés sur des lames recouvertes de poly-lysine, ont été lyophilisés et fixés avec du formaldéhyde à 3,7 %, du méthanol à 75 %, une solution saline tamponnée au phosphate 0,5 × pendant 15 min à -20° C suivi de 15 min dans du méthanol absolu. Les lames ont ensuite été réhydratées dans du PBST. Le blocage a été réalisé dans du PBST contenant 5 % d'albumine de sérum bovin. Les anticorps HDEL ont été dilués à 1:20 dans du PBST et incubés avec les embryons à 4°C pendant la nuit. Des anticorps secondaires conjugués à CY3 (Jackson ImmunoResearch Laboratories, West Grove, PA) ont été dilués au 1:300 et ajoutés pendant 1 h à température ambiante. Ce traitement n'a pas réduit sensiblement la fluorescence de SP12::GFP.

      Fragments amplifiés par PCR du C. elegans l'ADN génomique correspondant aux exons des gènes d'intérêt a été utilisé pour produire de l'ARN double brin pour microinjection dans la gonade ou l'intestin comme décrit par Fire et al. (1998). Typiquement, 18-25 L4 et les jeunes hermaphrodites de la souche SP12::GFP ont reçu l'ARNdb approprié et analysés 18-24 h après l'injection. Habituellement, la concentration d'ARNdb injecté était de 1 g/μl. Pour les gènes où l'ARNi a entraîné la stérilité, nous avons réduit la concentration d'ARNdb de 3 à 8 fois. La taille du couvain de ces vers était encore très faible et la létalité embryonnaire approchait les 100 %.

      Ce qui suit C. elegans des orthologues putatifs des gènes de mammifères et de levure ont été soumis à l'ARNi cdk-1 Cdc48/p97 : C06A1.1 (78 %), C41C4.8 (79 %) et K04G2.3 (34 %) (l'identité avec des orthologues humains est indiquée) p47 : Y94H6A.9 BiP/Kar2 : hsp-3 hsp-4 hsp-1 Jem1 : dnj-10 rab-1 NSF/Sec18 : nsf-1 Sar1 : inx-9 (ZK792.3) sec-23 arf-1 nmy-2. ARNi contre -tubuline (à confirmer-2) a été réalisée en utilisant la méthode d'alimentation décrite par Kamath et Ahringer (2003).

      Microscopie multiphotonique et confocale

      Des séries d'images confocales en time-lapse ont été acquises avec un système de microscope confocal à balayage laser Leica TCS SP2 (Deerfield, IL). L'intensité du laser, la vitesse de balayage et les intervalles de temps ont été ajustés empiriquement pour ne pas affecter la viabilité de l'embryon de type sauvage pendant au moins 1 h de temps d'imagerie. Les embryons des vers disséqués ont été montés sur des tampons d'agarose dans un tampon de sels d'œufs. Pour l'imagerie in utero, les vers ont été immobilisés avec du lévamizole 12 mM. Les images ont été traitées avec le logiciel Leica LCS ou Adobe Photoshop 6.0 (San Jose, CA). Les ovocytes et les embryons vivants ont été imagés à l'aide d'un poste de travail optique basé sur l'excitation multiphotonique (Wokosin et al., 2003) qui comprenait un microscope inversé Nikon Eclipse (Nikon, Melville, NY), une lentille à immersion d'huile 100× (1,3 NA) et un laser à saphir de titane Spectra Physics (Spectra Physics, Mountain View, CA) réglé à une longueur d'onde de 900 nm. La numérisation et la collecte d'images ont été contrôlées via le logiciel Bio-Rad Lasersharp (Bio-Rad, Hercules, CA). Les intervalles d'imagerie allaient de 2,22 à 8 s, selon la taille de l'image et la vitesse de balayage. Les embryons et les vers ont été montés comme décrit pour l'imagerie confocale.

      Pour la quantification de l'asymétrie du RE lors de la première division zygotique, nous avons pris des images confocales des embryons lors de la rotation et de la centration pronucléaires. Les patchs ER d'un diamètre de 1,5 m à proximité directe du cortex ont été comptés.

      Pour la reconstruction 3D à partir d'images confocales, Z-des piles d'images confocales ont été analysées pour deux stades typiques : l'interphase et le début de la mitose. Toutes les structures ER continues, ainsi que l'enveloppe nucléaire ont été tracées manuellement. Chaque avion s'est vu attribuer une couleur distincte. Les contours ont ensuite été superposés selon leur Z-ordre de pile. La reconstruction 3D est une vue d'angle tournée à 45° le long de la X axe. L'espacement entre Z-les piles dans cette reconstruction ont été mises à l'échelle avec l'espacement réel des images confocales.

      Préparation d'embryons de C. elegans pour EM et analyse d'images

      De jeunes vers adultes entiers contenant des embryons ont été préparés par congélation à haute pression suivie d'une substitution par congélation comme décrit par McDonald (1999). La substitution a été effectuée en deux étapes : 1) incubation dans le milieu primaire pendant 68 h à -90°C puis réchauffement à -60°C, et 2) rinçage et remplacement par le milieu secondaire pendant 26 h supplémentaires comme le les échantillons ont été lentement réchauffés à 0°C. Le milieu primaire était du glutaraldéhyde à 1 % dissous dans 98 % d'acétone/2 % d'eau. Le milieu secondaire était du tétroxyde d'osmium à 2 % dissous dans 98 % d'acétone/2 % d'eau (Walther et Ziegler, 2002). Des coupes longitudinales en série de 65 nm d'épaisseur ont été recueillies et colorées avec de l'acétate d'uranyle aqueux saturé suivi de 0,4% de citrate de plomb. L'imagerie a été réalisée sur un Phillips CM 120 (FEI, Hillsboro, OR) à 80 kV.

      Les images numériques capturées sur la caméra CCD et le logiciel de Soft Imaging Systems (Lakewood, CO) ont été automatiquement assemblées à l'aide de l'outil « Alignement d'images multiples ». Les images ont été importées dans Photoshop (Adobe Systems) et RER a été mis en évidence à l'aide de l'outil pinceau sur un deuxième calque d'image. Des couches séquentielles avec des reflets de différentes couleurs ont ensuite été collées sur une nouvelle image et alignées aussi près que possible les unes des autres à l'aide du x, y outils de traduction et de rotation.

      Traitement médical

      Les embryons exprimant la protéine de fusion SP12::GFP ont été traités avec des composés pharmacologiques qui interfèrent avec la dynamique du cytosquelette en utilisant l'ablation laser essentiellement comme décrit précédemment (Skop et al., 2001 Wokosin et al., 2003). Brièvement, les embryons ont été sensibilisés dans 1 mg/ml de bleu Trypan dans des sels d'œufs pendant environ 30 s sur une lamelle. La solution de bleu Trypan a été retirée et remplacée par des sels d'œuf contenant le médicament d'intérêt. La lamelle a été inversée sur un cercle de vaseline sur une lame de microscope, créant une chambre dans laquelle la solution sur la lamelle pouvait pendre. De courtes rafales d'impulsions nanosecondes de 450 nm provenant d'un laser à colorant pompé à l'azote - faisant partie du poste de travail optique - visaient la membrane viteline, provoquant de petites perforations à travers la membrane et la coquille d'œuf, permettant l'entrée du médicament. Le laser d'ablation faisant partie intégrante du poste de travail optique, les images de l'embryon ont pu être recueillies avant et immédiatement après l'ablation. Comme contrôle, le diméthylsulfoxyde (DMSO) a été utilisé à une dilution de 1:100. La trunculine A (Calbiochem, La Jolla, CA) a été utilisée à une concentration de 200 M de nocodazole à une concentration de 25 g/ml de brefeldine A (BFA Molecular Probes Eugene, OR) à une concentration de 150 g/ml. Pour augmenter l'exposition au BFA, des embryons très précoces (avant la formation de la coquille) ont été incubés dans 15 g/ml de BFA dans un milieu de culture de blastomère (Shelton et Bowerman, 1996) et imagés dans des gouttes pendantes de cette solution.


      -2 (mitose du cycle cellulaire 2)

      ok, aujourd'hui nous parlons des détails de la mitose.

      Nous avons parlé du concept général du cycle cellulaire

      Et nous examinerons le interphase premier.

      Interphase aura 3 sous-groupes : les G1,S et G2

      --Au cours de cette phase, les cellules ont passé leur temps à croître

      --les cellules deviendront matures en fabriquant plus de cytoplasme et d'organites

      (expliquez: nous savons qu'une cellule parentale se divisera en 2 cellules filles par la mitose. Et ces 2 cellules filles étaient plus petites que la cellule parentale. Donc juste avant que ces 2 cellules filles se divisent, il faut du temps pour atteindre sa limite de taille de cellule , alors, il se divisera. Par conséquent, la cellule se développera à travers G1)

      --les cellules exercent également son activité métabolique

      --During this time, the DNA is copied and the chromosomes are duplicated

      (We know that the DNA is the genetic information and that each chromosome is composed of a single, tightly coiled DNA molecule.)

      --Cell growth also happened in this phase, and it all the structures needed for the cell division are made

      Then, we talk about the mitose

      It has 4 stages, prophase, metaphase, anaphase, and telopahse

      We will divide the prophase into early-prophase and late-prophase.

      1. Chromatin in nucleus condenses to form visible chromosomes

      ( and chromatin is the relax form of chromosomes)

      2. Mitotic spindle forms from fibers in cytoskeleton (plant) or centrioles (animal)

      the prophase

      3. two Centrioles move to the both polar of the cell

      the centrioles

      4. Microtubules grow from the centrioles.

      1. Nuclear membrane & nucleolus are broken down

      2. Chromosomes continue condensing and they are clearly visible

      3. Spindle fibers called kinetochores attach to the centromere of each chromatid

      (I think that we should know the relationship between the centromere and kinetochore

      that kinetochore is part of the centromere that used to be attached by the spindle fiber during metaphase)

      4. Spindle finishes forming between the poles of the cell

      During this phase, the s ister chromatids attached to the kinetochore fibers, move to the center of the cell, where is called the plaque de métaphase

      1. Sister chromatids are pulled apart to opposite poles of the cell by kinetochore fibers and it occured rapidly.

      ( Separating sister chromatids also has a complete set of DNA/Chromosomes)

      Then, the last phase of the mitosis, the telophase.

      Sister chromatids at opposite polesSpindle disassembles

      Chromosomes relaxed and reappear as chromatin

      DNA gets rolled up into a ball again

      Through this image, we can find that(from up to down, from left to right)

      the first one is prophase, the 2nd one is metaphase, the 3rd one is anaphase and the 4th one is the telophase.

      Next , the cytokinesis , and it also means the division of the cytoplasm

      (and part of it has repeated with the mitosis, that cytokinesis occured during anaphase, and through the telophase)

      The parental cell divide into two, identical halves called daughter cellsIn plant cells,

      cell plate forms at the equator to divide cell

      In animal cells, cleavage furrow forms to split cell

      Next time, we will talk about the daughter cells of the parent cell and what will happened if the cell cycle cannot controlled.


      Bio Unit 9 - Lecture notes 9

       Cell grows by producing proteins and organelles, copies its chromosomes and prepares for cell division subdivisions o G1 (Gap 1): most of a cell’s growth o S (Synthesis) phase: DNA copied  Chromosomes attached at centromeres, still fully extended o G2 (Gap 2): cell completes preparations for mitosis  Chromosomes start to condense  Spindle apparatus starts to form

      M Phase (Mitosis and Cytokinesis)

       Subdivided according to state f chromosomes o Chromosomes finally condensed enough to become visible at prophase

      Need 2 cytoskeletal structures for cell division

      Cytokinesis: Animal vs. Plant Cells

      Animal: involves ring of actin filaments just under plasma membrane, in association with motor proteins (myosin)

      Plant: new wall must be constructed between dividing plant cells

      Cytokinesis in Plant Cells

      -Tubulin protein synthesized during G -Actin and myosin filaments crosses one another to cause contraction

      -Microtubules and proteins define and organize the regions where new cell membrane and cell wall form Vesicles mostly from Golgi arrive, carrying polysaccharides and glycoproteins to lay down matrix for new cell wall Later cellulose fibres are laid down to complete wall

      Meiosis I – Meta/Ana/Telophase (Separating homologs) Meiosis II – Separating Chromatids

      Segregation of Homologs in Meiosis I/Chromatids in Meiosis II

      Non-Disjunction of Chromosome 21 in Meiosis I

      How common is aneuploidy in humans?

       Aneuploidy is astonishingly common and extremely important clinically in our species  It accounts for &gt20% of pregnancy losses which most results in ‘miscarriages’  Exceptions: trisomy 21 and 18 which leads to sex chromosome abnormalities  Humans have very high rates in aneuploidy due to mistakes in meiosis and mitosis

      Mistakes in Meiosis -Improper distribution of chromosomes to each daughter cell (“non-disjunction”) -Results in gametes with abnormal # chromosomes (“aneuploidy”) -Extra (third copy: trisomy, one copy: monosomy -Can occur during meiosis I (separation of homologs) or meiosis II (separation of chromatids)

      Meiosis and Sexual Reproduction

       Each cell produced by meiosis receives a different combination of chromosomes o Different complement of genes o Offspring genetically distinct from each other and from their parents  Haploid gametes (n) fuse at fertilization, restoring normal complement of chromosomes (2n)

       Division of genetic material to produce daughter cells with half the hereditary material found in the parent cell  Involved only in the production of gametes (eggs and sperm)

      Sources of Variation in Meiosis

      Advantages of Sexual Reproduction

       Allows natural selection against deleterious alleles of genes o Genetic variation better equips a species to survive environmental changes

      Control of the cell cycle

      Some cells opt out of the cell cycle

       Some cells divide very slowly but can be induced to re-enter cell cycle (liver cells)  Some cells become highly specialized and can no longer divide (terminally differentiated such as neurons or muscle cells)  If cells aren’t cycling then they opt out of the cell cycle and go into G0 or Gnot  It steps out of the cycle but still does its job, instead of duplicating itself

      Control of the cell cycle

       Factor in mammalian cells that induce mitosis is called mitosis promoting factor (MPF)  MPF is a 2 part protein o Cyclin-dependent kinase (Cdk) is a catalytic subunit that transfers phosphate from ATP to certain amino acids on target proteins. It is not active unless bound to cyclin partner o Cyclin- regulatory subunit and levels oscillate throughout the cell cycle  Increase mCdk if you increase cyclin concentration. Requires mCdk to push cell to perform cell cycle

      Alternatives to Meiosis: Asexual reproduction  An organism well adapted to its environment can ‘clone’ itself at an incredibly rapid rate o Bacteria and archaebacteria o Many protists (though can often switch to sexual under stress) o Many plants o Fungi (budding in yeast) o Some insects, fish and reptiles

       Checking in G1 phase if DNA is replicated properly will then be ready to divide. If it is not okay then the DNA will not be replicated and the cell cycle will stop by using cdk inhibitors. But if the cell can’t fix itself then it kills itself

      Three Major Checkpoints in the Cell Cycle

       Tumor suppressors: link cell cycle to DNA damage  Proteins That detect DNA damage and initiate events that halt the cell cycle  Typically transcription factors that drive expression of genes that code for proteins that inhibit Cdks  P53 detects DNA damage at G1/S checkpoint which leads to synthesis of inhibitor F1/S-Cdk and S-Cdk o Loss of p53 (both copies) found in people with cancer

       Suppresses G1/S-Cdk and S-Cdk following DNA damage  Transcriptionally regulated by p

       Suppresses G1/S-Cdk and S-Cdk in G  Helps cells withdraw from cell cycle

       Suppresses G1-Cdk  Frequently inactivated in cancer cells

      E2F: gene regulatory protein that binds to promoters of many genes that encode for proteins for S-phase

      Rb protein: binds to E2F during G1 and blocks transcription of S-phase genes which blocks cell cycle progression

      Dysregulation of Cell Cycle- Accelerators

       If signal pathway pushing cell cycle gets permanently stuck on then cell division is no longer controlled  Can be due to: over-expression of signals promoting cell cycle mutations in signal molecules, their receptors or any molecules in downstream pathway  Oncogene (oncoprotein): mutated versions of normal genes/proteins involved in driving cell division

      How does Cancer start? Cancer initiates as a failure to respect cell cycle checkpoints, particularly G1/S checkpoint

      Control of cell number and cell size

       Decreasing cell number: o Apoptosis-programmed cell death o Getting rid of unwanted cells o Another death process: Necrosis  Increasing cell number ad/or size: o Survival factors: preventing apoptosis o Mitogens: driving the cell cycle o Growth factors: increasing cell size

       Growth is often coupled with cell division  But the two activities can also be separated o Neurons, muscle cells permanently stop dividing then start to grow/specialize (terminally differentiated)  Signals that negatively regulate growth (oppose actions of growth factors)