Introduction au cycle cellulaire Figure 1 : Représentation schématique d’une cellule eucaryote animale et végétale. Chacun de nous n’a d’abord été qu’une cellule unique contenant l’ADN provenant de nos deux parents. La réplication de cet ADN lors de chaque division cellulaire a ensuite transmis les gènes aux milliards de cellules qui 1 nous composent. L’ADN tient lieu de base centrale de données. Figure 2 : Schéma qui représente la croissance d’un bébé à partir d’un gamète mâle et femelle. Tout organisme pluricellulaire grandi et se développe. Lors de sa croissance, le nombre de cellules augmente rapidement. Ceci est expliqué par une division cellulaire. Chaque cellule peut se diviser en deux cellules filles identiques, et ainsi successivement. Ce type de division s’appelle la mitose et a lieu dans pratiquement tous les types cellulaires d’un individu, à l’exception des cellules reproductrices ou gamètes. Chez les cellules reproductrices (ovule et spermatozoïdes chez l’humain), un autre type de division cellulaire a lieu, et porte le nom de méiose. Cellule végétale ADN Figure 3 : Image microscopique qui montre des cellules dans une racine d’oignon. Dans ce cours, on va étudier le processus de division cellulaire (sauf des cellules reproductrices). 2 Le cycle cellulaire Les étapes du cycle cellulaire Le cycle cellulaire se définit comme le processus correspondant à la vie d’une cellule, depuis sa formation par division de la cellule mère jusqu’à la fin de sa propre division en deux cellules filles. La mitose ne constitue qu’une étape de ce processus (voir figure 4). En fait, la phase M (pour «mitose»), qui comprend la mitose et la cytocinèse, est l’étape la plus courte du cycle cellulaire. Elle alterne avec une période de croissance cellulaire appelée interphase, une étape beaucoup plus longue représentant généralement 90% de la durée du cycle. Figure 4 : Le cycle cellulaire. Dans une cellule en voie de division, la phase mitotique (M) alterne avec l’interphase, ou période de croissance. Pendant l’interphase, la cellule croît et copie ses chromosomes en préparation de la division cellulaire. On subdivise l’interphase en trois périodes de croissance, soit, dans l’ordre, la phase G1, la phase S (S pour «synthèse d’ADN») et la phase G2. Durant ces trois phases, la cellule croît en synthétisant des protéines et en produisant des organites cytoplasmiques, comme les mitochondries et le réticulum endoplasmique. La réplication des chromosomes n’a toutefois lieu que pendant la phase S. En somme, la cellule croît (G1), copie ses chromosomes tout en continuant de croître (S), finit de se préparer pour la division cellulaire sans cesser de croître (G2) et, enfin, se divise (M). Les cellules filles peuvent ensuite répéter le cycle. La durée du cycle cellulaire et la localisation relative des différentes phases dans le cycle varient considérablement d’une espèce à l’autre et d’un type de cellules à l’autre (embryonnaires ou adultes par exemple). Certaines cellules 3 d’un organisme multicellulaire se divisent rarement ou ne se divisent pas du tout; elles restent en phase G1 pour accomplir leur travail dans l’organisme (par exemple, transmettre des signaux dans le cas d’une cellule nerveuse). La condensation de l’ADN Une étape essentielle lors du cycle cellulaire est la condensation de l’ADN. L’ADN est condensé et forme des chromosomes lors de la première étape de la mitose (la prophase) que nous verrons juste après. Les chromosomes contiennent donc l’ADN ainsi que des protéines qui maintiennent l’ADN compacte. L’ADN va rester dans cette forme durant toute la phase M. En plus, pour la division cellulaire, l’ADN est dupliqué. Chaque chromosome est donc composé d’une chromatide avant duplication de l’ADN, ou composé de deux chromatides lorsque l’ADN a été dupliqué. Figure 5 : schéma d’un chromosome à une chromatide (à gauche) et à deux chromatides (à droite). Pour chaque cellule on dispose de deux copies du même chromosome, un provenant de la mère, et l’autre provenant du père. On dit donc qu’il s’agit d’une cellule diploïde (deux copies). Lorsque la cellule a une seule copie de chaque chromosome, on dit que la cellule est haploïde. Par exemple, l’homme a deux copies de chaque chromosome (diploïde) et on a 23 chromosomes différents. On a donc 2x 23 chromosomes. Chacun de ces chromosomes peut être à une chromatide (avant duplication de l’ADN) ou à deux chromatides (une fois l’ADN dupliqué et condensé). Les étapes de la mitose La mitose est le partage des chromosomes dupliqués entre les deux cellules filles. Cette répartition est un processus continu qui est rendu possible par des profondes modifications de certaines structures cellulaires dont les chromosomes, et les fuseaux mitotiques (microtubules). Pour les besoins de 4 la description, la mitose est divisé en quatre étapes : la prophase, la métaphase, l’anaphase et la télophase. Ensuite, pour compléter la phase M, la mitose est suivi par la cytocinèse. Dans cette dernière étape le cytoplasme se divise, produisant deux cellules filles. Ici on va décrire brièvement les événements de chaque étape de la mitose : La prophase : • Condensation de l’ADN en chromosomes à deux chromatides. • Disparition de l’enveloppe nucléaire. • Formation d’un fuseau de microtubules appelé fuseau mitotique. Figure 5 : Illustration de la prophase avec une image microscopique (en haut) en un schéma (en bas). La métaphase : • Alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale. Figure 6 : Illustration de la métaphase avec une image microscopique (en haut) en un schéma (en bas). 5 L’anaphase: • Mouvement de chaque chromatide vers l’un des pôles opposés de la cellule. Figure 7 : Illustration de l’anaphase avec une image microscopique (en haut) en un schéma (en bas). La télophase : • Arrivé des chromosomes aux deux pôles de la cellule. • Réapparition de l’enveloppe nucléaire • Décondensation des chromosomes. Figure 8 : Illustration de la télophase avec une image microscopique (en haut) en un schéma (en bas). La cytocinèse Finalement, la cytocinèse suit immédiatement la télophase. Il s’agit de la division du cytoplasme et résultant en deux cellules filles. Figure 9 : Image en microscopie électronique d’une cellule animale pendant la cytocinèse. 6 Répondez aux questions suivantes : Question 1 : Indiquez dans la figure suivante une cellule qui se trouve en prophase, une en métaphase, une en anaphase et une en télophase. Question 2 : Pourquoi selon toi, la plupart des cellules dans l’image ne sont pas en une des phases de la mitose ? Question 3 : Quel est le but de la phase S lors du cycle cellulaire? Expliquez en maximum quelques phrases. Question 4 : Nommez deux raisons pour laquelle une cellule a besoin de se diviser. 7
