La Division cellulaire

La Division cellulaire
Possibilité à partir d’une cellule d’en obtenir, dans le cas général, deux identiques à la cellule
de départ. Possible pour toutes les cellules somatiques
Sauf : (neurones, musculaire striées, photorécepteurs de l’œil…)
Chez les unicellulaires : plus il y a à manger, plus on se divise rapidement. Chez les animaux,
il existe des mécanismes de contrôle assez complexes. Il y a nécessité de facteurs de
croissance.
Possibilité de division limitée dans le temps : une centaine de Génération après elle perd ses
capacités de contrôle. Excepté pour les cellules cancéreuses.
Pour un adulte, on observe une homéostasie cellulaire, à savoir un renouvellement équilibré
des cellules assurant l’intégrité de l’individu.
Cette capacité de se diviser, la mitose, n’est qu’une étape particulière de la vie des cellules, du
cycle Cellulaire.
I.
Le Cycle Cellulaire (p36)
Deux grandes parties dans la vie d’une cellule :
- Entre deux divisions = Interphase
- Phase de division = Mitose
Plus grande partie de la vie d’une cellule (90%) : Interphase
La succession de ces deux grandes parties = cycle cellulaire
Interphase = 90% du cycle
- Période de croissance de la cellule : synthèse de toutes les molécules organiques
nécessaires (protéine, ARN, ADN, Lipides, Glucides, …)
- La Cellule grossit jusqu’à un volume double, donnant naissance à deux cellules au
volume égal à celui de la cellule mère.
Toutes les molécules sont synthétisées tout au long de l’interphase sauf pour l’ADN :
seulement pendant la période S (elle atteint strictement le double)
Généralement, la quasi-totalité des cellules eucaryotes possèdent 4 phases : tétraphasique.
G1 - S - G2 - M
On trouve un cycle biphasique au cours des premières divisions ȻR du zygote, par exemple.
Il existe également des cellules « hors cycle », certaines sont partie en phase G1
Sous une stimulation, elles peuvent revenir : G0-1, d’autre ne pourront pas : G0-D
A. La Phase G1
La phase la plus longue du Cycle, dont la durée est la plus variable.
C’est donc sur cette durée que la distinction cycle court/cycle long sera faite (pour un même
organisme).
C’est la phase de synthèse de tout un tas de produits, comme les produits de sécrétion.
C’est une période absolument essentielle pour le déroulement de la division qui va suivre. Elle
comporte un point particulier de contrôle : le point de restriction.
→ Lorsque la cellule dépasse ce point, alors elle va se diviser : phénomènes de
phosphorylation de protéines : activité d’enzymes de phosphorylation : kinases (régulée par
des protéines : cyclines).
Il existe quelques cas particuliers où l’on n’a pas 4 phases. N’existe par exemple que synthèse
et mitose c’est donc des cycles biphasiques. On les retrouve à propos des toutes premières
divisions qui succèdent à la fécondation.
B. La Phase S
Synthèse de l’ADN
4 copies identiques de chaque chromosome une fois la duplication effectuée.
Temps peu variable, 6-8h.
La réplication se fait à partir de points d’initiation. Ces réplications ne sont pas tout à fait
synchrones à partir de chaque point d’initiation. Le tout se chevauchera à la fin de manière à
avoir un ADN complet.
Cela donne lieu à des réplicons qui se chevaucheront pour achever la réplication.
Nombre moyen de réplicons : environ une centaine de réplicons par chromosome.
Moyenne de 50pb.s-1
Chez un modèle de cellule eucaryote unicellulaire : levures (Saccharomyces Cerevisire). Il
permet d’avoir des idées sur l’endroit où se placent ces points d’initiation.
Distribution aléatoire ou pré-établie ?
Séquence ARS (réplication autonome), on démontre que la position de ces séquences n’est
pas aléatoire, on en conclut donc que les points d’initiation pour toutes les cellules eucaryotes
ne sont pas positionnés aléatoirement.
On retrouve des séquences de consensus d’environ 11pb très concentrée en A-T.
Chez la levure il existe plus de séquence ARS que nécessaire pour répliquer l’ADN.
Il y a plus de points d’initiation possibles : certains sont sûrement muets.
Ces points d’initiation ne sont pas répartis de manière homogène le long du chromosome.
Il existe des foyers/usines de réplication où vont se trouver de manière très importante ces
points d’initiation. Ces foyers sont probablement associés à des éléments de la matrice
nucléaire, élément qui coordonne l’activité des différents points d’initiation
Il y a un schéma de réplication : au début on débute par l’euchromatine, puis la chromatine
associée au nucléole puis l’hétérochromatine. A chaque cycle, on re trouve la même séquence.
Au niveau d’un chromosome donné, visible, on peut définir des zones de réplication précoces
(télomères, zones riches ne gènes [bandes R]), réplication plus tardives pour les zones pauvres
en gènes (Bandes G), puis enfin, les zones centromériques.
D’un point de vue moléculaire, la réplication est semi-conservative, on a un brin ancien et un
néoformé dans les deux cellules filles.
Initiation de la duplication de l’ADN se fait donc en différents points de types ARS au niveau
desquels il existe tout ce qui est nécessaire à la duplication de l’ADN. Complexe
multienzymatique : réplisome (ensemble de ces enzymes).
Réplication qui intéresse tout d’abord l’euchromatine (apparait décondensée), puis la
chromatine associée au nucléole (autour des nucléoles) et les régions hétérochromatiques.
Au niveau de chaque chromosome, il existe des zones de réplications précoces : télomères et
zones riches en gènes (bandes R), des zones plus tardives (zones pauvres en gènes), avec en
dernier la zone centromérique.
Duplication selon un mode semi-conservatif (1brin parental et 1 néoformé).
Duplication de l’ADN, mais également des protéines qui l’accompagnent : histone ou autre.
Non-histones : pas de schéma très net. Elles s’associent à l’ADN et aux protéines histones.
Histones : genèse des nouveaux nucléosomes se fait via un mode partiellement conservatif.
 Néonucléosomes se mettent en place au niveau de la fourche de duplication :
dissociation partielle des nucléosomes qui existe au niveai de cette zone : (H2A,
H2B, H3 , H4). Le comportement de ces histones n’est pas identique.
- H3 et H4 restent liés à l’ADN et seront distribués de manières aléatoires entre les deux
molécules d’ADN néo-formés : mode conservatif.
Nouveau nucléosomes : 50/50 de nouveau ou ancien H3 – H4
- Les nouveaux nucléosomes ne comportent quasiment que des H2A et H2B néoformés.
Il existe des quantités d’histones très importantes qui sont fabriquées pendant la phase S.
90% de la transcription des gènes des histones s’effectuent durant la phase S.
10% : ARNm des histones qui peuvent être fabriqués en dehors de la phase S, et ont une durée
de vie relativement longue.
C. La Phase G2
Phase post synthétique, qui précède la mitose.
Durée relativement variable : 4-5H
Ce stade nécessite un certain nombre de synthèses protéiques.
Si l’on bloque de manière artificielle la synthèse de protéine via des antibiotiques ou autre, la
future division ne pourra se produire.
Les protéines synthétisées pendant cette phase sont impliquées dans la condensation de la
chromatine.
Ces protéines sont des protéines appelées SMC, permettant la mise en place des microtubules
autour des couples centriolaires.
Evénement morphogénétiques et biochimiques permettant donc la division.
II.
La Division Cellulaire : Phase M
Elle implique une disparition de la membrane nucléaire.
Ce sont des mitoses dites « ouverte ».
On appelle parfois cette situation, une division cellulaire de type Orthomitose (classique).
Certaines cellules se divisent en conservant leur enveloppe  pleuromitose (cachée)
Cellules animales des mitoses de type Astérienne
Cellules végétale : anastrale
-
Division du Noyau : Caryocinèse
Evénements morphologiquement visibles autour du noyau.
-
Division du Cytosol : Cytodiérèse / Cytocinèse
A. La Mitose
1) La Prophase
15-20min
Enveloppe du noyau est toujours visible, on peut voir les chromosomes (premier signe
d’entrée en division). On peut donc les compter : 2n chromosomes.
Si on regardait ces chromosomes en prophase, on verrait qu’ils sont constitués de deux
chromatides : très peu visibles en MO. Elles sont le résultat de la duplication.
Elles sont séparées sauf au niveau de leur centromère.
Différenciation d’une structure morphologiquement visible : deux kinétochore
diamétralement opposés correspondant à une association avec les chromatides.
On peut les mettre en évidence via des Ac pendant l’interphase, mais ils sont visibles qu’au
début de la Mitose.
Modèle cellulaire : levure (saccharomyciès …. CF plus haut)
La condensation chromatique est due à l’action d’un complexe protéique qui est constitué de
5 peptides : le complexe condensine.
C’est lui qui explique la condensation des chromosomes.
Parmi ces 5, il existe deux peptides de type SMC qui vont jouer un rôle au tout début de la
division cellulaire, qui Maintienne la Structure des Chromosomes, avec une activité
ATPasique. Smc 2 et Smc 4 chez la levure.
Ces deux molécules sont associées en dimères.
Les 3 autres protéines sont des sous unités auxiliaires, qui ne sont pas de type SMC. Ce sont
des CAP, nécessaire à l’activité ATPasique des SMC.
Le complexe condensine est lié à la chromatine uniquement pendant la mitose, mais elle ne
s’y associe qu’au tout début de la division cellulaire.
Hydrolyse de l’ATP va permettre un surenroulement de la fibre nucléosomique, dont la
mécanique reste hypothétique.
Agencement de la fibre nucléosomique enroulée se surenroule.
Rapprochement des nucléosomes voisins, conséquence de la phosphorylation des Histones H1
Phosphorylation d’une autre espèce d’histone : H3, au début du cycle cellulaire.
Tout ceci nécessite un réarrangement de la fibre nucléosomique.
Topoisomérase II participe à cette condensation pour rendre visible les chromosomes en MO.
2) La Pré- Prométaphase = Fin Prophase
Milieu-Fin de prophase étant marqué par une interruption du processus d’endo- et exocytose.
Ne dure que quelques minutes.
Événement essentiel : rupture de l’enveloppe nucléaire conséquence de la phosphorylation des
lamines de la lamina provoquant la désorganisation de la lamina et donc de l’enveloppe
nucléaire, les filaments de l’enveloppe devenant indépendants les uns des autres. Les
constituants de cette enveloppe sont donc libres.
Lamines Type B reste attaché au système membranaire réticulaire
Lamines A et C deviennent libres.
Il n’y a donc plus de noyau au sens strict du terme.
Pendant ce stade, on va voir se différencier de manière bcp plus nette les kinétochore de
chaque chromosome.
État ultime de condensation des chromosomes.
Kinétochores = Aspect tripartite. Deux couches opaques aux électrons séparés par une couche
claire.
Plaque interne (chromatine) et externe (microtubules kinétochoriens = fibres).
Seulement certains nucléosomes d’une chromatine donné peuvent permettre l’attachement à
une plaque interne. Ils possèdent une histone H3 un peu différente.
15aine de protéines qui appartiennent à cette plaque interne.
Au niveau de la plaque externe, il existe là aussi des protéines de type motrices associées aux
microtubules (MAPs) : dynéines et des KRP (type kinésine).
Rôle des protéines apparentés, de type kinésine, mais jamais trouvée dans des protéines
impliquées dans le transport de vésicule !
Naissance de microtubule nés de couples centriolaires : kinétochore : microtbules
kinétochoriens « capturés » par les kinétochores. Extrémités + collés sur la plaque externe. Il
existe environ 1 microtubule par kinétochore pour les levures.
Les fibres kinétochoriennes vont placer les chromosomes sur un seul plan de division.
Ces fibres vont, au niveau des deux kinétochore diamétralement opposés, faire des
phénomènes de traction inégaux sur les chromosomes : plus les fibres sont longues, plus la
traction sera forte vers le centre nucléolaire qui leur a donné naissance.
Ils sont là pour positionner les les chromosomes sur un même plan.
Polymérisation / dépolymérisation des microtubules.
Tous ces déplacements sont asynchrones.
Cette prométaphase ne dure que quelques minutes.
3) La Métaphase
30-40min
Tous les chromosomes partiellement dédoublés alignés sur le plan équatorial.
Les kinétochores sont tournés de manière régulière vers les deux pole du fuseau de division.
Les chromosomes sont toujours en train de bouger, avec un équilibre statique même s’ils sont
sujet à des oscillations.
Concernant le fuseau de division, c’est le moment où l’on voit le plus de microtubules dont on
distingue 3 classes :
- Kinétochoriens (= 80%), qui ont la plus grande longueur
- Polaires, pas en relation avec les kinétochores, qui se chevauchent au pôle équatorial.
- Libres : perte de relation avec le centriole.
- Astériens : courts projetés vers mb plasmique. Rôle dans positionnement des
Chromosomes par rapport à la membrane plasmique.
4) L’Anaphase
5-10min
Division des chromosomes : partage en deux lots identiques.
Chaque chromatide devient autonome : chromosomes fils.
Séparation régulée par les chromosomes eux-même : complexe protéique cohésine, qui
maintenait les chromatides sœurs associées. Ce complexe va se trouver être détruit.
Ce complexe est constitué de 4 protéines qui forment une espèce d’anneau autour des deux
chromatides sœurs.
Il en existe deux de type SMC : Smc 1 et Smc 3 avec association en dimère.
Les deux autres protéines sont des protéines non SMC, qui vont réguler elle aussi les activités
ATPasique des SMC qui sont, dans le cas de la Levure, des Scc 1 et Scc 3 avec la 1 qui joue un
rôle majeur.
Destruction enzymatique de la Scc 1 par la séparase. Cette protéine n’est pas fonctionnelle
pendant les autres stades de la division cellulaire car elle est bloquée par la sécurine, qui sera
détruite pendant l’anaphase, ce qui laissera donc la séparase s’exprimer.
Certains constituants de ce complexe de condensine sont apparentés à la cohésine.
Chaque chromosome fils, issu de la séparation de ces deux chromatide va être sujet à une
migration au niveau des deux pôles de division.
Ce phénomène mécanique est compliqué :
Phénomène de traction : globalement = raccourcissement des microtubules des kinétochores,
avec un mélange de poly-déploymérisation.
Au moment où l’on raccourcit ces microtubules, elles restent accrochées au kinétochores.
Phénomène de poussé des microtubules qui ne sont pas kinétochoriens de telle sorte qu’ils
vont éloigner les kinétochores l’un de l’autre.
Phénomène de croissance des microtubules interzonales, par glissement.
CF schéma du poly
On définit parfois l’anaphase par deux lettres :
L’anaphase A : traction : sous la dépendance de protéines motrice (dynéine) et GTP dépendant
Anaphase B : allongement des microtubules, glissement, poussée…. Implication de MAPs
motrice (kinésine), et ATPdépendant.
5) La Télophase
20min
Reconstitution des deux noyaux des deux cellules filles.
Début de la télophase : les deux lots chromosomiques ont atteint les deux pôles.
Il existe au niveau du plan équatorial, des manchons de substances protéiques denses aux
électrons. (stembodies) avec notamment de la kinésine.
Les chromosomes se décondensent, régression des microtubules, remise en place des
enveloppes nucléaires  2N
Les deux nucléoles vont morphologiquement réapparaitre : transcription des ARNr se remet
donc en place.
6) La Cytocinèse
Division fondamentalement différente entre animaux et végétaux.
Cette cytocinèse animale est donc globalement un étranglement de la cellule au niveau
équatorial de l’ancien fuseau de division, qui n’a pas complètement disparu au début de la
télophase, même si à la fin il l’est quasi totalement.
Le pincement de la cellule est concomitant de la mise en place du sillon de division.
Sous le plasmalemme, et uniquement au niveau équatorial de la cellule, va se mettre en place
un réseau de filaments formant un anneau contractile. Ce sont essentiellement des filaments
d’actine et de myosine de type II.
L’interaction entre cet actine et cette myosine va permettre l’étranglement de cette cellule
jusqu’à obtenir deux cellules filles.
Persistance pendant quelques temps dans les cellules filles des anciens fuseaux de division.
Fonctionnement de l’anneau contractile :
On peut mettre en évidence, de l’α-Actinine, de la CD43, …
CD43 permet la liaison avec certains phospholipides membranaires.
Existe également de l’Aniline, qui permet la liaison avec certains phospholipides
membranaires.
L’intégrité de tous ces constituants est totalement nécessaire pour que la cellule puisse se
couper en deux.
Actine et myosine vont glisser l’un par rapport à l’autre.
Ces interactions vont faire que l’on pince, étrangle la cellule au niveau équatorial.
Lorsque la séparation est terminée, l’anneau contractile disparait totalement.
B. La Méiose
1Cellule à 2n Chromosomes donne 4 cellules à n chromosomes.
Seules les cellules gamétiques peuvent faire une méiose.
N = 2chromosomes  chromosomes homologues
Homologues : même info génétique, légèrement différente, mais
caractères phénotypiques.
s’intéresse aux même
Si couple gènes doubles = homozygoties
Si Gènes allèles = gènes très proches du point de vue structurale, qui vont être impliqués dans
la détermination des mêmes caractères phénotypique d’un individu.  hétérozygotie
1) Mitose Réductionnelle
1 Cellule à 2n Chromosomes donne 2 cellules à n chromosomes
La mitose la plus importante pour la Méiose.
Elle comporte une Prophase : Prophase 1 / Prophase Réductionnelle
C’est la phase la plus longue de l’ensemble de la Méiose : 90%
Elle est sous divisée en 5 sous étapes.
- Leptotène : moment où l’on voit les chromosomes morphologiquement différenciés
Les chromosomes apparaissent sous forme de filaments grêles.
A un énorme grossissement : chaque chromosome comporte deux chromatides.
- Zygotène : Appariement des chromosomes homologues, disparition du nucléole.
Sur une même paire de chromosomes appariés : 4 chromatide  Tétrade
Centriole se divisent etc.
Ces appariements intéressent tous les autosomes et les chromosomes gonadiques.
Appariement partiel entre chromosome X et Y.
-
Pachytène : les Filaments sont épais, la condensation des chromosomes est plus
importante (condensine). Les deux chromosomes sont toujours à deux chromatides
plus ou moins visibles en MO, unis par le même centromère. Toujours les Tétrades.
-
Diplotène et Diacynèse : les Chromosomes homologues de chaque paire vont tendre à
se séparer, tout en restant plus ou moins attachés l’une à l’autre par des
chevauchements appelés Chiasma. Condensation encore plus prononcée des
chromosomes.
Metaphase reductionnelle / Metaphase 1
Disposition en plan équatorial.
Existence du fuseau de division, des fibres kinétochoriennes, kinétochores etc …
Simplement une différence : Les kinétochores et les fibres associés d’un même chromosome
subissent une rotation de 90°, ainsi, ils se retrouvent du même côté..
Cependant, pour les deux chromosomes homologues ils sont diamétralement opposés.
Anaphase reductionnelle / Anaphase 1
Achèvement de la Première division. On ne considère pas l’existence d’une Télophase.
Contrairement à l’anaphase d’une mitose classique : séparation des chromosomes homologues
d’une même paire chromosomique. Deux à un pôle et deux à l’autre.
Phénomènes de traction / poussée / glissement existants.
2) Mitose équationnelle
Pas de prophase ! (car pas décondensation des chromosomes pendant un télophase)
Mise en place de deux nouveaux fuseaux de division, immédiatement après disparition du
premier, perpendiculairement à l’ancien.
Les chromosomes vont se mettre en place sur leur plan équatorial.
Nécessite la différenciation de fibres kinétochoriennes.
Les chromosomes vont se cliver complètement pour donner des chromosomes fils (4)
identiques deux à deux.
Pour donner finalement 4 cellules à n chromosomes identiques deux à deux et
complémentaires deux à deux
3) L’appariement des
Synaptonémaux
chromosomes
homologues :
Les
Complexes
Tout le cytoplasme va se retrouver dans une seule grosse cellule : l’ovocyte.
 Division inégale chez la femme.
Evénement Spécifique de la mitose qui définit le stade zygotène.
Phénomène qui est d’ordre génétique.
Complexes synaptonémaux : événements morphologiques, on constate éffectivement, la mise
en place de ces complexes au niveau du Zygotène.
Au début du Leptotène, lorsque les chromosomes se sont condensés, ils sont associés à un axe
protéique, longitudinal, les chromosomes homologues ne s’étant pas encore reconnu chacun
en possède un. La chromatine s’étend donc de part et d’autre de cet axe, visible seulement à la
fin du leptotène.
Zygotène : complexe synaptonémal : les axes longitudinaux de deux chromosomes
homologues vont se faire face. Reste un petit espace de l’ordre d’un millier d’Angström.
C’est ce complexe protéique reliant les deux axes que l’on appelle synaptonémal.
Ils sont synthétisés pendant le stade leptotène.
Plusieurs protéines ont été identifiées : complexes synaptonémaux : Scp 2 et 3 au niveau des
éléments latéraux, et d’an l’élément central, la Scp1
Dans la partie médiane : existe un élément central, qui n’est en fait qu’une superposition des
éléments latéraux qui sont transverses : Scp1.
Au stade Pachytène : présence dans l’espace central de grosses structure protéique de 900 A,
gros granules appelés Nodules de recombinaison dit tardifs au Pachytène, puisqu’ils existent
déjà lors du stade précédents mais quasi invisibles.
Ce sont des complexes enzymatiques, nécessaires et impliqués dans la recombinaison
génétique.
Diplotene et Diacinèse : chevauchement des chromosomes : les chiasmas.
Les chiasmas sont bien la traduction de recombinaison moléculaires mais qui se sont passés
bien avant.
Les recombinaisons génétiques se font au moment de l’appariement des chromosomes
homologues. On traduit cette situation par le terme « synapsis ».
Les échanges entre chromosomes homologues interviennent au niveau du zygote via des
enzymes qui vont couper des morceaux d’ADN qu’elles recolleront par la suite :
endonucléases, et ligases.
Toutes ces enzymes sont détectables au niveau de ces nodules de recombinaisons. Notamment
les protéines de type RAD qui permettent la recombinaison, ainsi que des recombinases.
Tout se passe au niveau des molécules bicaténaires homologues, pour lesquelles les brins sont
recombinés un après l’autre.