DIVISION CELLULAIRE: TYPES, PROCESSUS ET IMPORTANCE - LA BIOLOGIE - 2025

La division cellulaire est le processus qui permet à tous les organismes vivants de se développer et de se reproduire. Chez les procaryotes et les eucaryotes, le résultat de la division cellulaire est des cellules filles qui possèdent la même information génétique que la cellule d'origine. Cela se produit parce que, avant la division, les informations contenues dans l'ADN sont dupliquées.

Chez les procaryotes, la division se produit par fission binaire. Le génome de la plupart des procaryotes est une molécule d'ADN circulaire. Bien que ces organismes n'aient pas de noyau, l'ADN se présente sous une forme compacte appelée nucléoïde, qui diffère du cytoplasme qui l'entoure.

Source: Retama

Chez les eucaryotes, la division se produit par mitose et méiose. Le génome eucaryote est constitué de grandes quantités d'ADN organisées dans le noyau. Cette organisation est basée sur l'empaquetage de l'ADN avec des protéines, formant des chromosomes, qui contiennent des centaines ou des milliers de gènes.

Les eucaryotes très divers, à la fois unicellulaires et métazoaires, ont des cycles de vie qui alternent entre mitose et méiose. Ces cycles sont ceux avec: a) la méiose gamétique (animaux, certains champignons et algues), b) la méiose zygotique (certains champignons et protozoaires); et c) alternance entre méiose gamétique et zygotique (plantes).

Les types

La division cellulaire peut se faire par fission binaire, mitose ou méiose. Chacun des processus impliqués dans ces types de division cellulaire est décrit ci-dessous.

Fission binaire

La fission procaryote, la fission binaire, est une forme de reproduction asexuée.

La fission binaire consiste en la division de la cellule qui donne naissance à deux cellules filles, chacune avec une copie identique de l'ADN de la cellule d'origine.

Avant la division de la cellule procaryote, la réplication de l'ADN a lieu, qui commence à un site spécifique de l'ADN double brin, appelé l'origine de la réplication. Les enzymes de réplication se déplacent dans les deux sens à partir de l'origine, produisant une copie de chacun des brins d'ADN double brin.

Après la réplication de l'ADN, la cellule s'allonge et l'ADN est séparé dans la cellule. Immédiatement, une nouvelle membrane plasmique commence à se développer au milieu de la cellule, formant un septum.

Ce processus est facilité par la protéine FtsZ, qui est hautement conservée dans l'évolution chez les procaryotes, y compris les archées. Enfin, la cellule se divise.

Le cycle cellulaire et la mitose

Les étapes par lesquelles une cellule eucaryote passe entre deux divisions cellulaires successives sont appelées le cycle cellulaire. La durée du cycle cellulaire varie de quelques minutes à quelques mois, selon le type de cellule.

Le cycle cellulaire est divisé en deux étapes, à savoir la phase M et l'interface. Deux processus se produisent dans la phase M, appelés mitose et cytokinèse. La mitose consiste en une division nucléaire. Le même nombre et les mêmes types de chromosomes présents dans le noyau d'origine se trouvent dans les noyaux filles. Les cellules somatiques des organismes multicellulaires se divisent par mitose.

La cytokinèse consiste en la division du cytoplasme pour former des cellules filles.

L'interface comporte trois phases: 1) G1, les cellules se développent et passent la plupart de leur temps dans cette phase; 2) S, duplication du génome; et 3) G2, réplication de mitochondries et d'autres organites, condensation de chromosomes et assemblage de microtubules, entre autres événements.

Les étapes de la mitose

La mitose commence à la fin de la phase G2 et est divisée en cinq phases: prophase, prométaphase, métaphase, anaphase et télophase. Ils se produisent tous en continu.

Prophase

Prophase. Leomonaci98, de Wikimedia Commons

À ce stade, l'assemblage du fuseau mitotique, ou appareil mitotique, est l'événement principal. La prophase commence par le compactage de la chromatine, formant les chromosomes.

Chaque chromosome a une paire de chromatides soeurs, avec un ADN identique, qui sont étroitement liés au voisinage de leurs centromères. Les complexes protéiques appelés cohésines participent à cette union.

Chaque centromère est attaché à un kinétochore, qui est un complexe de protéines qui se lie aux microtubules. Ces microtubules permettent à chaque copie des chromosomes d'être transférée aux cellules filles. Les microtubules rayonnent à chaque extrémité de la cellule et forment l'appareil mitotique.

Dans les cellules animales, avant la prophase, la duplication du centrosome se produit, qui est le principal centre d'organisation des microtubules et l'endroit où les centrioles parents et enfants se rencontrent. Chaque centrosome atteint le pôle opposé de la cellule, établissant entre eux un pont de microtubules appelé appareil mitotique.

Dans les plantes évoluées plus récemment, contrairement aux cellules animales, il n'y a pas de centrosomes et l'origine des microtubules n'est pas claire. Dans les cellules photosynthétiques d'origine évolutive plus ancienne, comme les algues vertes, il y a des centrosomes.

Prométaphase

Leomonaci98

La mitose doit assurer la ségrégation des chromosomes et la distribution de l'enveloppe nucléaire du complexe des pores nucléaires et des nucléoles. Selon que l'enveloppe nucléaire (EN) disparaît ou non, et le degré de densification de l'EN, la mitose va de fermée à complètement ouverte.

Par exemple, chez S. cerevisae, la mitose est fermée, chez A. nidulans, elle est semi-ouverte et chez l'homme, elle est ouverte.

En mitose fermée, les corps polaires du fuseau se trouvent à l'intérieur de l'enveloppe nucléaire, constituant les points de nucléation des microtubules nucléaires et cytoplasmiques. Les microtubules cytoplasmiques interagissent avec le cortex cellulaire et avec les kinétochores des chromosomes.

En mitose semi-ouverte, parce que l'EN est partiellement démonté, l'espace nucléaire est envahi par des microtubules nucléés provenant des centrosomes et à travers deux ouvertures dans l'EN, formant des faisceaux entourés par l'EN.

En mitose ouverte, le désassemblage complet de l'EN se produit, l'appareil mitotique est terminé et les chromosomes commencent à être déplacés vers le milieu de la cellule.

Métaphase

Chromosomes alignés dans la plaque équatoriale de la cellule pendant la métaphase mitotique

En métaphase, les chromosomes s'alignent à l'équateur de la cellule. Le plan imaginaire perpendiculaire à l'axe de la broche, passant par la circonférence interne de la cellule, est appelé plaque métaphase.

Dans les cellules de mammifères, l'appareil mitotique est organisé en un fuseau mitotique central et une paire d'aster. Le fuseau mitotique se compose d'un faisceau bilatéral symétrique de microtubules qui est divisé à l'équateur de la cellule, formant deux moitiés opposées. Les asters sont constitués d'un groupe de microtubules à chaque pôle de la broche.

Dans l'appareil mitotique, il existe trois groupes de microtubules: 1) astral, qui forment l'aster, partent du centrosome et rayonnent vers le cortex cellulaire; 2) du kinétochore, qui sont attachés aux chromosomes par le kinétochore; et 3) polaire, qui s'interconnectent avec des microtubules du pôle opposé.

Dans tous les microtubules décrits ci-dessus, les extrémités (-) font face au centrosome.

Dans les cellules végétales, s'il n'y a pas de centrosome, le fuseau est similaire à celui des cellules animales. La broche se compose de deux moitiés de polarité opposée. Les extrémités (+) sont sur la plaque équatoriale.

Anaphase

Source: Leomonaci98, de Wikimedia Commons

Anaphase est divisé en début et en fin. Au début de l'anaphase, la séparation des chromatides soeurs se produit.

Cette séparation se produit parce que les protéines qui maintiennent l'union sont clivées et parce qu'il y a un raccourcissement des microtubules du kinétochore. Lorsque la paire de chromatides soeurs se sépare, elles sont appelées chromosomes.

Pendant le déplacement vers les pôles des chromosomes, le kinétochore se déplace le long du microtubule du même kinétochore lorsque son extrémité (+) se dissocie. Pour cette raison, le mouvement des chromosomes pendant la mitose est un processus passif qui ne nécessite pas de protéines motrices.

En anaphase tardive, une plus grande séparation des pôles se produit. Une protéine KRP, attachée à l'extrémité (+) des microtubules polaires, dans la région de chevauchement de ceux-ci, se déplace vers l'extrémité (+) d'un microtubule polaire antiparallèle adjacent. Ainsi, KRP pousse le microtubule polaire adjacent vers l'extrémité (-).

Dans les cellules végétales, après la séparation des chromosomes, un espace avec des microtubules interdigités ou se chevauchant reste au milieu du fuseau. Cette structure permet l'initiation de l'appareil cytocinétique, appelé fragmoplast.

Télophase

Télophase. Leomonaci98

En télophase, divers événements se produisent. Les chromosomes atteignent les pôles. Le kinétochore disparaît. Les microtubules polaires continuent à s'allonger, préparant la cellule à la cytokinèse. L'enveloppe nucléaire est reformée à partir de fragments de l'enveloppe mère. Le nucléole réapparaît. Les chromosomes sont décondensés.

Cytokinèse

La cytokinèse est la phase du cycle cellulaire au cours de laquelle la cellule se divise. Dans les cellules animales, la cytosinèse se produit au moyen d'une ceinture de constriction de filaments d'actine. Ces filaments glissent les uns sur les autres, le diamètre de la courroie diminue et une rainure de clivage se forme autour de la circonférence de la cellule.

Au fur et à mesure que la constriction se poursuit, le sulcus s'approfondit et un pont intercellulaire se forme, qui contient le corps médian. Dans la région centrale du pont intercellulaire se trouvent les faisceaux de microtubules, qui sont recouverts par une matrice électrodense.

La rupture du pont intercellulaire entre les cellules sœurs post-mitotiques se produit par abscission. Il existe trois types d'abscission: 1) mécanisme de panne mécanique; 2) mécanisme de remplissage par des vésicules internes; 3) constriction de la membrane plasmique pour la fission.

Dans les cellules végétales, les composants de la membrane s'assemblent en eux et la plaque cellulaire est formée. Cette plaque se développe jusqu'à atteindre la surface de la membrane plasmique, fusionnant avec elle et divisant la cellule en deux. Ensuite, la cellulose est déposée sur la nouvelle membrane plasmique et forme la nouvelle paroi cellulaire.

Méiose

La méiose est un type de division cellulaire qui réduit de moitié le nombre de chromosomes. Ainsi, une cellule diploïde se divise en quatre cellules filles haploïdes. La méiose se produit dans les cellules germinales et donne naissance à des gamètes.

Les étapes de la méiose consistent en deux divisions du noyau et du cytoplasme, à savoir la méiose I et la méiose II. Au cours de la méiose I, les membres de chaque paire de chromosomes homologues se séparent. Au cours de la méiose II, les chromatides soeurs se séparent et quatre cellules haploïdes sont produites.

Chaque étape de la mitose est divisée en prophase, prométaphase, métaphase, anaphase et télophase.

Méiose I

- Prophase I. Les chromosomes se condensent et le fuseau commence à se former. L'ADN a doublé. Chaque chromosome est composé de chromatides soeurs, attachées au centromère. Paire de chromosomes homologues pendant la synapse, permettant le croisement, ce qui est essentiel pour produire différents gamètes.

- Métaphase I. La paire de chromosomes homologues s'aligne le long de la plaque métaphase. Le chiasme aide à maintenir la paire ensemble. Les microtubules du kinétochore à chaque pôle se lient à un centromère d'un chromosome homologue.

- Anaphase I. Les microtubules du kinétochore sont raccourcis et les paires homologues sont séparées. Un homologue en double va à un pôle de la cellule, tandis que l'autre homologue en double va de l'autre côté du pôle.

- Télophase I. Des homologues séparés forment un groupe à chaque pôle de la cellule. L'enveloppe nucléaire se reforme. La cytokinèse se produit. Les cellules résultantes ont la moitié du nombre de chromosomes de la cellule d'origine.

Méiose II

- Prophase II. Un nouveau fuseau se forme dans chaque cellule et la membrane cellulaire disparaît.

- Métaphase II. La formation de la broche est terminée. Les chromosomes ont des chromatides soeurs, jointes au centromère, alignées le long de la plaque de métaphase. Les microtubules du kinétochore qui partent de pôles opposés se lient aux centromères.

- Anaphase II. Les microtubules se raccourcissent, les centromères se divisent, les chromatides soeurs se séparent et se déplacent vers des pôles opposés.

- Télophase II. L'enveloppe nucléaire est formée autour de quatre groupes de chromosomes: quatre cellules haploïdes sont formées.

Importance

Quelques exemples illustrent l'importance de différents types de division cellulaire.

- Mitose. Le cycle cellulaire a des points irréversibles (réplication de l'ADN, séparation des chromatides soeurs) et des points de contrôle (G1 / S). La protéine p53 est la clé du point de contrôle G1. Cette protéine détecte les dommages à l'ADN, arrête la division cellulaire et stimule l'activité des enzymes qui réparent les dommages.

Dans plus de 50% des cancers humains, la protéine p53 présente des mutations qui annulent sa capacité à se lier à des séquences d'ADN spécifiques. Les mutations de p53 peuvent être causées par des cancérogènes, comme le benzopyrène dans la fumée de cigarette.

- La méiose. Il est associé à la reproduction sexuée. D'un point de vue évolutif, on pense que la reproduction sexuée est apparue comme un processus de réparation de l'ADN. Ainsi, les dommages à un chromosome peuvent être réparés sur la base des informations du chromosome homologue.

On pense que l'état diploïde a été transitoire dans les organismes anciens, mais il est devenu plus pertinent à mesure que le génome s'agrandissait. Dans ces organismes, la reproduction sexuée a la fonction de complémentation, de réparation de l'ADN et de variation génétique.

Références

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