FUSEAU MITOTIQUE: STRUCTURE, FORMATION, FONCTION ET ÉVOLUTION - LA BIOLOGIE - 2025

Le fuseau mitotique ou achromatique, également appelé machinerie mitotique, est une structure cellulaire constituée de microtubules de nature protéique qui se forment lors de la division cellulaire (mitose et méiose).

Le terme achromatique fait référence au fait qu'il ne se colore pas avec les colorants orcéine A ou B. Le fuseau participe à la répartition équitable du matériel génétique entre les deux cellules filles, résultant de la division cellulaire.

Figure 1. Résumé du processus de séparation des chromatides soeurs par le fuseau achromatique ou mitotique. Source: Par Silvia3, de Wikimedia Commons

La division cellulaire est le processus par lequel les gamètes, qui sont des cellules méiotiques, et les cellules somatiques nécessaires à la croissance et au développement d'un organisme sont générés à partir du zygote.

La transition entre deux divisions consécutives constitue le cycle cellulaire, dont la durée varie largement selon le type de cellule et les stimuli auxquels elle est exposée.

Lors de la mitose d'une cellule eucaryote (une cellule qui possède un vrai noyau et des organites délimités par la membrane), plusieurs phases se produisent: phase S, prophase, prométaphase, métaphase, anaphase, télophase et interface.

Les chromosomes se condensent initialement, formant deux filaments identiques appelés chromatides. Chaque chromatide contient l'une des deux molécules d'ADN précédemment générées, liées entre elles par une région appelée centromère, qui joue un rôle fondamental dans le processus de migration vers les pôles avant la division cellulaire.

La division mitotique a lieu tout au long de la vie d'un organisme. On estime qu'au cours de la vie humaine, environ 10 ¹⁷ divisions cellulaires se produisent dans le corps. La division méiotique se produit dans les cellules productrices de gamètes, ou cellules sexuelles.

Structure et formation

Relation avec le cytosquelette

Le fuseau achromatique est considéré comme un système longitudinal de microfibrilles protéiques ou de microtubules cellulaires. Il se forme au moment de la division cellulaire, entre les centromères chromosomiques et les centrosomes aux pôles cellulaires, et est lié à la migration des chromosomes pour générer des cellules filles avec la même quantité d'informations génétiques.

Le centrosome est la région où les microtubules proviennent à la fois du fuseau achromatique et du cytosquelette. Ces microtubules de fuseau sont constitués de dimères de tubuline empruntés au cytosquelette.

Au début de la mitose, le réseau microtubulaire du cytosquelette de la cellule se désarticule et le fuseau achromatique se forme. Après la division cellulaire, le fuseau se désarticule et le réseau de microtubules du cytosquelette se réorganise, ramenant la cellule à son état de repos.

Il est important de différencier qu'il existe trois types de microtubules dans l'appareil mitotique: deux types de microtubules de fuseau (kinétochore et microtubules polaires), et un type de microtubule d'aster (microtubules astraux).

La symétrie bilatérale du fuseau achromatique est due à des interactions qui maintiennent ses deux moitiés ensemble. Ces interactions sont: soit latérales, entre les extrémités positives superposées des microtubules polaires; ou ce sont des interactions terminales entre les microtubules du kinétochore et le kinétochore des chromatides soeurs.

Cycle cellulaire et fuseau achromatique: phase S, prophase, prométaphase, métaphase, anaphase, télophase et interface.

La réplication de l'ADN se produit pendant la phase S du cycle cellulaire, puis, pendant la prophase, la migration des centrosomes se produit vers les pôles opposés de la cellule et les chromosomes se condensent également.

Prométaphase

Dans la prométaphase, la formation de la machinerie mitotique se produit, grâce à l'assemblage des microtubules et à leur pénétration dans le noyau. Des chromatides soeurs liées par les centromères sont générées et celles-ci, à leur tour, se lient aux microtubules.

Métaphase

Pendant la métaphase, les chromosomes s'alignent dans le plan équatorial de la cellule. Le fuseau est organisé en un fuseau mitotique central et une paire d'asters.

Chaque astre est composé de microtubules disposés en forme d'étoile qui s'étendent des centrosomes dans le cortex cellulaire. Ces microtubules astraux n'interagissent pas avec les chromosomes.

On dit alors que l'aster irradie du centrosome vers le cortex cellulaire et participe à la fois à la localisation de l'ensemble de l'appareil mitotique et à la détermination du plan de division cellulaire lors de la cytokinèse.

Anaphase

Plus tard, pendant l'anaphase, les microtubules du fuseau achromatique sont ancrés à une extrémité positive aux chromosomes via leurs kinétochores et à une extrémité négative à un centrosome.

La séparation des chromatides soeurs en chromosomes indépendants se produit. Chaque chromosome attaché à un microtubule kinétochore se déplace vers un pôle cellulaire. Simultanément, la séparation des pôles cellulaires se produit.

Télophase et cytokinèse

Enfin, pendant la télophase et la cytokinèse, des membranes nucléaires se forment autour des noyaux filles et les chromosomes perdent leur aspect condensé.

Le fuseau mitotique disparaît à mesure que les microtubules se dépolymérisent et que la division cellulaire se produit en entrant dans l'interface.

Mécanisme de migration chromosomique

Le mécanisme impliqué dans la migration des chromosomes vers les pôles et la séparation ultérieure des pôles les uns des autres n'est cependant pas exactement connu; On sait que les interactions entre le kinétochore et le microtubule du fuseau qui lui est attaché sont impliquées dans ce processus.

Lorsque chaque chromosome migre vers le pôle correspondant, la dépolymérisation du microtubule attaché, ou microtubule kinétochorique, se produit. On pense que cette dépolymérisation peut générer le mouvement passif du chromosome attaché au microtubule du fuseau.

On pense également qu'il peut y avoir d'autres protéines motrices associées au kinétochore, dans lesquelles l'énergie provenant de l'hydrolyse de l'ATP serait utilisée.

Cette énergie servirait à conduire la migration du chromosome le long du microtubule jusqu'à son extrémité appelée «moins» où se trouve le centrosome.

À l'unisson, la dépolymérisation de l'extrémité du microtubule qui se lie au kinétochore, ou extrémité «plus», pourrait se produire, ce qui contribuerait également au mouvement du chromosome.

Fonction

Le fuseau achromatique ou mitotique est une structure cellulaire qui remplit la fonction d'ancrer les chromosomes à travers leurs kinétochores, de les aligner sur l'équateur cellulaire et enfin de diriger la migration des chromatides vers les pôles opposés de la cellule avant leur division, permettant la distribution égalisation du matériel génétique entre les deux cellules filles résultantes.

Si des erreurs se produisent dans ce processus, un manque ou un excès de chromosomes est généré, ce qui se traduit par des schémas de développement anormaux (survenant pendant l'embryogenèse) et diverses pathologies (survenant après la naissance de l'individu).

Autres fonctionnalités à vérifier

Évolution, il a été choisi comme un mécanisme hautement redondant, dans lequel chaque étape est réalisée par des protéines motrices de microtubules.

On pense que l'acquisition évolutive des microtubules était due à un processus d'endosymbiose, dans lequel une cellule eucaryote absorbait de l'environnement une cellule procaryote qui présentait ces structures de fuseau achromatique. Tout cela aurait pu se produire avant le début de la mitose.

Cette hypothèse suggère que les structures protéiques des microtubules auraient pu à l'origine remplir une fonction de propulsion. Puis, lorsqu'ils sont devenus une partie d'un nouvel organisme, les microtubules constitueraient le cytosquelette et plus tard, la machinerie mitotique.

Dans l'histoire de l'évolution, il y a eu des variations dans le schéma de base de la division cellulaire eucaryote. La division cellulaire ne représentait que certaines phases du cycle cellulaire, ce qui est un processus majeur.

Références

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