Exercices: Le cycle cellulaire et sa régulation

Nommer les deux grandes étapes du cycle cellulaire et les trois phases en lesquelles se divise l'interphase, en indiquant de manière générale ce qui se produit dans chacune.

Que se passe-t-il pendant la phase S du cycle cellulaire ? Expliquer pourquoi il est indispensable que cette phase s'achève avant que la cellule n'entre en division.

Qu'est-ce qu'un point de contrôle du cycle cellulaire ? En nommer un et expliquer ce qu'il vérifie avant d'autoriser la poursuite du cycle.

Le schéma représente le cycle complet d'une cellule qui met $24\ \text{h}$ à se diviser. Calculer combien d'heures dure sa phase S et expliquer quel processus cellulaire s'y déroule.

Expliquer ce que sont les cyclines et les kinases dépendantes des cyclines (CDK) et comment elles agissent conjointement pour réguler la progression du cycle cellulaire.

Certaines cellules, comme les neurones adultes, quittent le cycle cellulaire et restent dans une phase appelée G0. Expliquer ce que signifie être en G0 et quelle conséquence cela a sur la capacité de régénération du tissu nerveux.

Dans un laboratoire d'oncologie, on analyse deux cultures de cellules humaines soumises à une dose modérée de rayonnement ultraviolet :

• Culture A : la plupart des cellules arrêtent leur cycle à la transition G1/S ; après 24 heures, elles réparent les lésions ou activent l'apoptose.

• Culture B : les cellules continuent de répliquer activement leur ADN en phase S malgré la présence de dimères de thymine non réparés, et accumulent des aberrations chromosomiques au fil des mitoses successives.

1. a) Déduire en argumentant quelle altération de la voie du gène TP53 explique le comportement de la culture B par rapport à la culture A.
2. b) Si l'on applique aux deux cultures un médicament inhibiteur des complexes cycline-CDK responsables de l'entrée en phase S, prévoir la réponse de chaque culture et expliquer pourquoi ce traitement freine la prolifération mais n'annule pas les mutations déjà fixées dans la culture B.

On analyse par cytométrie en flux la quantité d'ADN par cellule dans un tissu somatique animal en prolifération ($2n = 8$). L'analyse identifie trois sous-populations cellulaires bien délimitées : la sous-population 1 avec 4 pg d'ADN, la sous-population 2 avec des valeurs intermédiaires et continues comprises entre 4 et 8 pg, et la sous-population 3 avec 8 pg d'ADN.

1. a) Attribuer, en justifiant, chaque sous-population à la phase correspondante de l'interphase (G1, S ou G2). Déterminer combien de chromosomes, de chromatides et de molécules d'ADN bicaténaire possède une cellule individuelle de la sous-population 3.
2. b) Si l'on ajoute à la culture de la colchicine (médicament qui dépolymérise les microtubules du fuseau mitotique), prévoir dans quelle sous-population les cellules s'accumuleront et déduire combien de chromosomes et de chromatides contiendra une cellule si elle échappe à la mitose sans se diviser (endomitose).

Un médicament antitumoral bloque de manière irréversible l'activité de l'ADN hélicase pendant l'interphase. On l'ajoute à une culture de cellules somatiques humaines en prolifération active.

1. a) Justifier à quel point de contrôle du cycle cellulaire seront bloquées les cellules qui avaient déjà commencé à répliquer leur ADN lors de l'ajout du composé, et expliquer quelles seraient les conséquences pour la cellule de franchir ce point sans avoir achevé la réplication.
2. b) Un élève affirme qu'au bout de deux heures après l'ajout du médicament, 100 % des cellules de la culture seront arrêtées en phase S. Réfuter sa prédiction en déduisant ce qu'il adviendra d'abord des cellules qui se trouvaient en G2 et en mitose au moment de l'administration, et dans quelle phase elles s'accumuleront finalement si le médicament reste dans le milieu.