Le cycle cellulaire I.1. Généralités Le cycle cellulaire est une série d événements organisés et contrôlés au cours desquels une cellule passe entre deux divisions. A l issu de la division cellulaire, deux cellules filles identiques à la cellule mère sont générées. Lors du cycle cellulaire, la cellule effectue 4 tâches essentielles : Duplication des organites et des macromolécules, Réplication de l ADN, Ségrégation des chromosomes en 2 lots identiques, Séparation en 2 par pincement cytoplasmique. Le cycle cellulaire présente 2 étapes : L interphase (en 3 phases : G1, S et G2) ; La mitose (en 6 phases : prophase, prométaphase, métaphase, anaphase, télophase et cytodiérèse). Figure 1: les différentes phases du cycle cellulaire Le but du cycle cellulaire est d assurer la prolifération cellulaire, la croissance des tissus et/ou remplacer les cellules mortes (mort naturelle ou accidentelle). Le cycle cellulaire concerne les cellules somatiques mais aussi les cellules germinales avant la gamétogenèse.
La durée du cycle cellulaire est très variable. Exemples : 30 min chez l embryon de xénope ; 12 h pour les cellules intestinales ; 1 an pour les cellules hépatiques. Dans une cellule humaine en culture, l interphase dure en moyenne 23 h. C est la période comprise entre deux divisions cellulaires. Elle comprend une phase G1, une phase S et une phase G2. Les durées des phases S (10-12 h) et M (mitose) (1 h) sont relativement constantes. Les durées des phases G2 et surtout G1 sont très variables. I.2. L interphase - La phase G1 Phase de croissance et de reconstitution des réserves pendant laquelle la cellule synthétise de l ARN (transcription) et des protéines (traduction). C est aussi une phase de «décision». - La phase S Phase essentiellement caractérisée par la réplication de l ADN. La réplication de l ADN est semi-conservative : elle aboutit à la formation de deux molécules d ADN contenant chacune un brin ancien (= brin parent) et un brin nouveau (= brin fils = brin néoformé). Figure 2: mécanisme simplifié de la réplication de l'adn On observe également la mise en place de la cohésine = complexe protéique en forme d anneau qui enserre les deux chromatides sœurs. Ainsi, au fur et à mesure que l ADN est répliqué, les deux chromatides restent accolées.
Figure 3: Rôle de la cohésine - la phase G2 C est une phase d attente et de contrôle avant de lancer la mitose. I.3. Les phases de la mitose En phase G2, les chromosomes sont dupliqués mais décondensés et se présentent sous forme de chromatine. Le passage d un état interphasique à un état mitotique est déclenché et contrôlé par l activation brutale du MPF (Mitosis Promoting Factor) : C est la transition G2/M = passage de la phase G2 de l interphase à l entrée en mitose. I.3.1. La prophase La prophase se caractérise par différentes étapes : - condensation de la chromatine
Les chromosomes se compactent et deviennent visibles au microscope optique. Le passage d une fibre chromatinienne interphasique à un chromosome métaphasique (50 fois plus court) est lié à : des modifications des histones et de protéines de la charpente ; l association à l ADN de protéines différentes (les condensines) en interphase et en mitose. Ces modifications sont contrôlées directement ou indirectement par le MPF (Mitosis Promoting Factor = Facteur promoteur de la mitose). Figure 4: structure d'un chromosome - la formation des kinétochores Les kinétochores sont un ensemble de protéines qui s organisent sur le centromère. Les microtubules kinétochoriens viennent s accrocher au niveau des kinétochores. - mise en place du fuseau mitotique Le fuseau mitotique est composé de microtubules formés par le centrosome. Ce dernier est formé par deux centrioles. Un centriole est un cylindre formé de 9 groupes de trois microtubules. Lors de la mitose, le centrosome, après duplication, forme les deux pôles du fuseau mitotique et assure ainsi la mise en place du fuseau mitotique.
Figure 5: structure d'un centrosome La mise en place du fuseau se fait en trois étapes : 1) Destruction du réseau de microtubules interphasiques et mise en place de nouveaux microtubules plus dynamiques. 2) Séparation des centrosomes dupliqués. 3) Structuration du fuseau. Ces étapes ont lieu grâce à l action coordonnée de protéines motrices.
Figure 6: la prophase I.3.2. La prométaphase La prométaphase est surtout caractérisée par la rupture de l enveloppe nucléaire. Cette rupture est due à l activation du MPF. La rupture de l enveloppe a deux conséquences : permettre aux microtubules de rentrer en contact avec les chromosomes au niveau des kinétochores, ce sont les microtubules kinétochoriens. permettre l apport de facteurs nucléaires stabilisant le fuseau. Figure 7: la prométaphase
I.3.3. La métaphase En métaphase, tous les chromosomes sont attachés de façon bipolaire et disposés sur le plan équatorial pour former la plaque métaphasique. Les chromosomes oscillent autour d une position équatoriale. Les chromosomes sont disposés ainsi et maintenus au niveau du fuseau mitotique qui est composé de trois sortes de microtubules : les microtubules polaires ; les microtubules astériens (ou astraux) ; les microtubules kinétochoriens. Figure 8: la métaphase Bien que soumises à des tensions opposées de la part des microtubules kinétochoriens, les chromatides soeurs restent associées grâce à la cohésine. I.3.4. L anaphase Le but de l anaphase est de séparer les chromatides soeurs de chaque chromosome et de déplacer les deux lots identiques de chromosomes vers les pôles du fuseau. Deux mécanismes sont nécessaires pour accomplir cela : 1) Dégradation des cohésines qui maintiennent les deux chromatides sœurs associées. La cohésine est dégradée par la séparase.
Figure 9: dégradation des cohésines par la séparase 2) Mise en place de forces de traction pour tirer les chromatides sœurs vers les pôles opposés. Figure 10: l'anaphase I.3.5. La télophase et la cytodiérèse La télophase est caractérisée par l arrivée des chromosomes fils aux pôles, par le reconstitution de l enveloppe nucléaire, de la décondensation des chromosomes et de l apparition de l anneau contractile.
Figure 11: la télophase I.3.6. La cytodiérèse La cytodiérèse est la séparation des deux cellules filles par division du cytoplasme. Dans les cellules animales, un anneau contractile se forme à l équateur de la cellule. Il est composé d actine et de myosine. C est une structure transitoire qui disparaît une fois la cellule clivée en deux. La déphosphorylation de la myosine permet son contact avec l actine. En fin de cytodiérèse : les microtubules polaires sont resserrés au centre de la cellule ; seul un pont cytoplasmique relie les deux cellules filles : c est le corps intermédiaire ; la rupture du corps intermédiaire marque la fin de la division cellulaire. Remarque : Lors de la mitose, la division du noyau (caryocinèse) précède la division du cytoplasme (cytodiérèse ou cytocinèse).
Figure 12: la télophase suivie d'une citodiérèse