Chapitre 8 : La division cellulaire

Division cellulaire c’est quoi ?

Processus par lequel une cellule initiale (cellule mère), donne naissance à deux nouvelles cellules (cellules filles)

À quoi sert la division cellulaire chez les organismes unicellulaires ?

Chez les organismes unicellulaires, la division cellulaire permet l’accroissement de la population

À quoi sert la division cellulaire chez les organismes pluricellulaires ?

Chez les organismes pluricellulaires, à partir d’un œuf fécondé, il va y avoir, grâce à la division cellulaire, développement et croissance de l’organisme et la division cellulaire servira aussi au remplacement et à la réparation des tissus usés ou endommagés

Quel est le nombre total de cellules dans un organisme humain adulte ?

Nombre total de cellules dans un organisme humain adulte : entre 10 000 et 100 000 milliards de cellules

Combien de divisions cellulaires de remplacement (pour renouveler les tissus) ont lieu par jour dans l’organisme humain ?

Nombre de divisions cellulaires de remplacement : quelques milliards de divisions cellulaires par jour (peau, tube digestif, système hématopoïétique)

Quels sont les différents objectifs de la division cellulaire ?

• Augmenter le contenu cytoplasmique (organites, protéines)

• Dupliquer l’information génétique (réplication de l’ADN)

• Répartir l’ensemble du matériel en deux parts égales

• Procéder à la séparation des deux nouvelles cellules

Quelle est la première étape de la division cellulaire ?

La première étape de la division cellulaire est la réplication de l’ADN lors de l’interphase

Quels sont les étapes de la réplication de l’ADN ?

Étape 1 : séparation des deux brins complémentaires d’ADN

Étape 2 : synthèse des brins d’ADN, à partir des anciens brins

Expliquer l’étape 1 de la réplication de l’ADN

Étape 1 : séparation des deux brins complémentaires de l’ADN, par rupture des liaisons hydrogène existant entre les bases azotées

Expliquer l’étape 2 de la réplication de l’ADN

Etape 2 : synthèse de nouveaux brins d’ADN par l’ADN polymérase, à partir de nucléotides libres et en utilisant les anciens brins comme matrice. La polymérisation du nouveau brin évolue toujours dans la direction 5’ vers 3’ (donc l’ADN polymérase lit le brin dans le sens 3’ → 5’) !!

Qu’est-ce qu’on obtient à la fin de la réplication de l’ADN ?

• Les deux nouvelles molécules d’ADN ont une séquence identique à l’ADN initial

• Elles conservent chacune un ancien brin (= réplication semi-conservative)

Division chez les cellules bactériennes ?

• Chez la plupart des bactéries le matériel génétique se présente sous la forme d’une seule molécule d’ADN circulaire

• Cet ADN est répliqué, et les deux molécules produites sont réparties de part et d’autre de la cellule

• Après une phase d’allongement de la cellule, celle-ci subit un cloisonnement dans la partie centrale

• Le cloisonnement aboutit finalement à la scission en deux cellules-filles

Quel est le défi à relever par la division cellulaire ?

Chez les eucaryotes, le matériel génétique se présente sous la forme de plusieurs molécules d’ADN (chromosomes)

Ces molécules sont entremêlées dans le noyau (comme des spaghettis dans une assiette), formant la chromatine

→ Il va falloir identifier et séparer les chromosomes répliqués, pour répartir une copie de chacun d’eux dans les deux cellules-filles

→ chez l’homme par exemple : 46 chromosomes (23 de chaque parent) à répliquer puis à distribuer correctement dans chacune des deux cellules-filles !

Comment la division cellulaire fait pour identifier et séparer les chromosomes répliqués ?

1ere astuce : en préparation à la division, les chromosomes subissent une étape de condensation qui facilitera leur séparation

2e astuce : après la réplication, les molécules d’ADN identiques produites restent attachées l’une à l’autre par un complexe de protéines, les cohésines → on les appelle alors “chromatides soeurs“

Comment se fait la condensation de la chromatine ?

• L’ADN dans le noyau est associé à des protéines, principalement des histones

• → En fait, tous les 200 bp environ, l’ADN s’enroule autour d’un complexe d’histones (octamère d’histones), formant une succession de nucléosomes (= ADN + histones de cœur)

• les histones possèdent des extrémités (queues) qui peuvent intéragir avec d’autres histones, ce qui permet un rapprochement de plusieurs nucléosomes pour créer une structure plus compacte

• En préparation à la division cellulaire, ces structures ADN/histones subissent des repliements successifs et s’attachent à une armature de protéines pour former la structure compacte des chromosomes

Structure du chromosome (condensé) ?

Les chromosomes condensés, que l’on peut apercevoir au microscope dans des cellules en cours de division, présentent des régions distinctes :

• le centromère est la partie où les chromatides soeurs sont attachées l’une à l’autre grâce aux cohésines

• les télomères correspondent aux extrémités de chacune des molécules d’ADN

Combien de chromosomes chez l’homme ?

les cellules humaines contiennent 23 chromosomes différents (n=23)

• ces chromosomes sont présents en 2 copies homologues, chacune reçue d’un des parents (donc 46 chromosomes en tout)

Chromosomes homologues caractéristiques ?

Les chromosomes homologues (99% d’identité de séquence) contiennent la même information génétique (avec les quelques différences qui distinguent le père de la mère)

→ exception chez le mâle, où l’homologue du X est remplacé par le chromosome Y

Comment appelle t-on les chromosomes X et Y par rapport aux autres ?

Les X et Y sont appelés chromosomes sexuels, tous les autres sont appelés autosomes

Comment se fait la ségrégation des chromatides sœurs ?

Lors de la division cellulaire, ce sont les chromatides soeurs qui sont séparées (par rupture des liens de cohésines) et réparties dans les deux cellules-filles

Ce partage est réalisé grâce à des microtubules qui s’accrochent de part et d’autre sur les deux chromatides soeurs au niveau de structures centromériques appelées “kinétochores“ et les tirent vers les pôles de la cellule

Les cellules filles reçoivent donc les homologues paternel et maternel de chaque chromosome

Quelles sont les phases du cycle cellulaire ?

La cellule qui se divise passe par plusieurs phases appelées les phases du cycle cellulaire :

• Interphase composée de la phase G1, S et G2

• Mitose

• Cytocinèse

En combien de temps se fait le cycle cellulaire ?

La durée du cycle varie selon le type cellulaire :

• cellules embryonnaires ± 20 minutes

• cellules adultes ± 24 heures

Phase G1 du cycle cellulaire ?

Phase de croissance cellulaire : synthèse protéique, production d’organites cellulaires

Phase S du cycle cellulaire ?

La phase S correspond à l’étape de réplication de l’ADN

Phase G2 de l’ADN répliqué (général) ?

Durant la phase 2, on va avoir : croissance cellulaire, contrôle de l’intégrité de l’ADN répliqué et préparation à la mitose

Que se passe t-il pendant la mitose du cycle cellulaire ?

C’est pendant la mitose qu’il y a ségrégation des chromatides soeurs

Que se passe t-il durant la cytocinèse ?

C’est pendant la cytocinèse qu’on aura scission de la cellule

Expliquer la variation de quantité relative d’ADN par cellule, au cours des différentes phases du cycle celluaire

Phase G1 : quantité d'ADN stable à 1 → chaque chromosome n'est constitué que d'une seule chromatide

Phase S : L’ADN est répliqué : il passe d’une quantité de 1 à 2 → chaque chromosomes constitué de 2 chromatides

Phase G2 et mitose : Toujours chromosome à 2 chromatides jusqu’à la cytocinèse qui correspond à la scission de la cellule en deux cellules filles

Quelles sont les différentes phases de la mitose ?

La phase complexe de mitose est elle-même classiquement séparée en 5 phases distinctes :

• Prophase

• Pro-métaphase

• Métaphase

• Anaphase

• Télophase

→ pour retenir « promettante »

Déroulement de la phase G2 ?

L’ADN est déjà répliqué à ce stade, mais se présente encore sous la forme de chromatine diffuse

Dans le cytoplasme de la cellule, les deux centrioles qui forment le centrosome sont répliqués, donnant naissance à deux centrosomes dans la cellule

Des microtubules commencent à s’allonger à partir des deux centrosomes, formant dans le cytoplasme deux structures étoilées, les “asters“

Déroulement de la prophase de la mitose ?

• les chromosomes se condensent et deviennent visibles, alors que le(s) nucléole(s) disparaissent

• les deux centrosomes s’éloignent l’un de l’autre, pendant que les microtubules continuent de s’allonger, initiant de cette façon la formation du fuseau mitotique (= réseau organisé de microtubules qui servira au mouvement des chromosomes plus tard)

• Le cytosquelette se désorganise, la cellule devient ronde

• Le réticulum endoplasmique et le Golgi se dispersent

• L’enveloppe nucléaire commence à disparaître

Déroulement de la prométaphase de la mitose ?

• L’enveloppe nucléaire a complètement disparu

• Les centrosomes ont pris position à deux extrémités opposées de la cellule, identifiés comme les deux pôles du fuseau mitotique

• Les microtubules du fuseau mitotique s’allongent vers le milieu de la cellule et certains s’accrochent aux chromosomes (microtubules de kinétochore), de telle manière que chaque chromatide soeur soit réliée à un des deux pôles

• Les microtubules qui ne sont pas attachés aux chromosomes (microtubules polaires) interagissent avec ceux du pôle opposé, et contribuent ainsi à maintenir la structure du fuseau

Déroulement de la métaphase de la mitose ?

• Tous les chromosomes sont attachés par les microtubules

• Ils sont alignés au centre (à l’équateur) de la cellule, sur un plan imaginaire dénommé “plaque métaphasique“

• Pour chaque chromosome, les chromatides soeurs font face à un pôle différent

Déroulement de l'anaphase de la mitose ?

• Les protéines reliant les chromatides soeurs (cohésines) sont rapidement dégradées

• Les chromatides soeurs libérées (que l’on appelle maintenant chromosomes) sont tirées vers les deux pôles opposés

• Sous la pression des microtubules polaires qui continuent de s’allonger, les pôles du fuseau s’écartent provoquant un allongement de la cellule

Déroulement de la télophase de la mitose ?

• Les chromosomes rassemblés aux deux pôles commencent à se décondenser

• Des enveloppes nucléaires se reforment autour des chromosomes

• Des nucléoles réapparaissent

• Des complexes de Golgi et réticulum endoplasmiques sont reformés

• Le fuseau mitotique se désorganise, par dépolymérisation des microtubules

Déroulement de la cytocinèse de la mitose ?

• Une ceinture de filaments d’actine se forme au centre, et se resserre pour former un sillon de clivage

• Le sillon s’approfondit et coupe finalement la cellule en deux

Comment se fait le controle du cycle cellulaire ?

Il existe 3 points de contrôle du cycle cellulaire qui peuvent retarder ou arrêter la progression du cycle

Ces points de contrôle font intervenir des protéines sensibles à plusieurs paramètres cellulaires (internes et externes)

Quels sont les rôles généraux des points de contrôle ?

Rôles : succession harmonieuse des différentes étapes, identification d’erreurs éventuelles, réponse à des signaux extérieurs

Quels sont les 3 points de contrôles de la mitose ?

• Point de contrôle G1/S

• Point de contrôle G2/M

• Point de contrôle fusorial

Point de contrôle G1/S ?

• Point de contrôle G1/S → détermine si la cellule est prête à s'engager de manière irréversible dans la division

  • Les facteurs de croissance : La cellule reçoit-elle les signaux externes l'incitant à se diviser ?

  • L'état nutritionnel et la taille : La cellule a-t-elle assez de nutriments et d'énergie, et est-elle assez grande pour se diviser ?

Point de contrôle G2/M ?

• Point de contrôle G2/M

  • La réplication terminée : Est-ce que la totalité de l'ADN a été correctement doublée pendant la phase S ?

  • L'intégrité du génome : L'ADN est-il intact ou présente-t-il des lésions/mutations à réparer avant la division ?

Point de contrôle fusorial ?

• Point de contrôle fusorial

  • S’assurer que les chromosomes sont correctement attachés aux fibres du fuseau mitotique et sont bien fixés à la plaque métaphasique

Cycles cellulaires et maladies ?

Le cycle cellulaire est impliqué dans les cancers. Les cancers sont des maladies liées à la croissance incontrôlée de cellules. C’est dû à des défauts des points de contrôle du cycle cellulaire

• → divisions cellulaires même en absence de facteurs de croissance

• → accumulation d’erreurs dans la séquence d’ADN (mutations)

• → défauts de ségrégation des chromosomes (aneuploïdie)

Aneuploïdie dans une cellule cancéreuse (image) ?

Aaneuploïdie dans une cellule cancéreuse : on observe des chromosomes surnuméraires (chr. 2, 3, 5, 7,...), pertes de chromosomes (chr. 8, 18, 21) et remaniements chromosomiques (chr. 2, 5, 6, 20)

Mitose comme cible thérapeutique ?

Exemple de la vincristine :

• Mode d’action: s’associe aux dimères de tubulines aß → inhibe la polymérisation des microtubules → bloque la mitose

• Usage clinique: traitement de différents types de cancers