Retour à la page d'accueil BioTop     Date de la dernière modification : 6-02-2017      Retour à la page d'accueil Transmission de la Vie

Chapitre 3 : La mitose


Elle correspond à la phase M ou phase de division cellulaire et inclut les différentes étapes de la division nucléaire (du noyau de la cellule) ou mitose et de la cytodiérèse ou division du cytoplasmique. C'est pendant cette phase que le contenu de la cellule dite mère est dupliqué puis séparé en deux cellules filles génétiquement identiques à la cellule mère. Au niveau moléculaire, cette phase M est initiée par une cascade de phosphorylations protéiques, provoquée par l'activation de la protéine kinase MPF ou Mitotic Promoting Factor (voir page précédente : les cyclines) inductrice de la mitose. Ces phosphorylations protéiques qui se produisent pendant la mitose sont responsables de la plupart des changements morphologiques qui se produisent pendant cette phase : condensation des chromosomes, rupture de l'enveloppe nucléaire, fragmentation du RE (réticulum endoplasmique) et de l'appareil de Golgi, perte de la capacité d'adhérence des cellules les unes aux autres ainsi qu'à la matrice extracellulaire, modifications du cytosquelette pour produire des mouvements organisés des chromosomes vers les deux nouvelles cellules, bref une réorganisation complète de la cellule. Avant le déclenchement proprement dit de la phase M et la ségrégation (séparation) des chromosomes, on observe leur condensation. Les schémas suivants des différentes phases représentent un exemple théorique d'une cellule à 3 chromosomes.

1. La prophase :  * pro : du grec pro-, préfixe qui peut signifier : devant, avant, mais aussi favorable à, pour, à la place de
                                * phase : du grec  phasis [phase, -phasie] : qui ici le sens de "chacun des aspects successifs d’un phénomène".

* Chromosomes : la chromatine qui était diffuse se condense et forme des chromosomes de plus en plus individualisés. Ces chromosomes sont à 2 chromatides sœurs, car ils se sont dupliqués pendant la phase S (voir page précédente - "Le cycle cellulaire"). Les chromatides sont attachées par une séquence d'ADN particulièrement condensée au niveau du centromère.

* Fuseau : les nombreux microtubules cytoplasmiques qui constituent le cytosquelette dans la cellule en interphase (c'est-à-dire qui ne se divise pas) se dépolymérisent en molécules de tubuline, permettant la formation progressive de l'un des éléments fondamentaux de la mitose : le fuseau mitotique (que l'on appelle aussi le fuseau achromatique).  Comme le montre le schéma, ce fuseau commence à se former à l'extérieur du noyau, en associant les microtubules cytoplasmiques et des protéines spécifiques.
Ces microtubules sont attachés aux centrosomes par leur extrémité "-" (moins), alors que l'extrémité "+" (plus) est dynamiquement instable, pouvant passer subitement d'une croissance uniforme à un raccourcissement rapide par dépolymérisation. Si deux microtubules émanant de centrioles différents entrent en contact, il est possible qu'ils se stabilisent par des liaisons transversales. En même temps, les microtubules s'orientent de façon à repousser les pôles du fuseau. Donc en réalité, le fuseau est formé par 2 moitiés fuseaux.

    

* Nucléole : Le matériel nucléolaire disparaît progressivement.

* Centrosomes et asters : les centrosomes, dont la duplication s'est faite pendant les stades G1 et G2, s'éloignent  l'un de l'autre et vont devenir de véritables centres mitotiques qui organisent des microtubules : certains formeront une structure étoilée, appelée pour cette raison l'aster ; d'autres vont développer les fibres du fuseau entre les centres mitotiques : les microtubules polaires.

* Kinétochores : en fin de prophase, des structures spécialisées à trois couches appelées kinétochores, formés de complexes protéiques spécialisés, se développent et s'attachent dans la région du centromère. Il y a un kinétochore pour chaque chromatide. Ils vont jouer un rôle primordial au moment de la séparation des chromatides. Les microtubules kinétochoriens, insérés dans le kinétochore se développent progressivement et, dans la prophase tardive (entre prophase et prométaphase), ils vont progressivement s'attacher aux microtubules du fuseau ou microtubules polaires.

2. La prométaphase : * méta : du grec meta exprimant la succession, le changement, signifiant également plus loin, à côté de, entre, avec.

* Membrane nucléaire : le premier événement majeur de la prométaphase est la désagrégation, en moins de 30 secondes, de la membrane nucléaire qui se dissocie en de nombreuses vésicules. Elles resteront visibles autour du fuseau jusqu'à la reconstitution du noyau. En même temps, les gros organites se dissocient aussi en vésicules, mais ce phénomène est moins visible (et non représenté), notamment le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi.

* Chromosomes et microtubules kinétochoriens : les chromosomes sont maintenant dans le cytoplasme et sont progressivement agités de mouvements désordonnés. Les microtubules polaires ont pu pénétrer dans l'espace du noyau et se fixent sur les kinétochores modifiés à cet effet. Sur les deux kinétochores d'un même chromosome doivent se fixer impérativement deux microtubules provenant chacun d'un pôle différent, sous peine de mauvaise ségrégation (il y aurait un chromosome de trop dans une cellule fille alors qu'il manquerait dans l'autre).
Les microtubules polaires qui viennent de s'accrocher aux kinétochores sont maintenant appelés microtubules kinétochoriens. Ce sont eux qui exercent des tensions sur les chromosomes auxquels ils sont attachés, entraînant les mouvements chromosomiques observables.
 

3. La métaphase :

A cet instant de la mitose, le rôle essentiel des microtubules kinétochoriens est d'aligner tous les chromosomes sur un plan virtuel, situé au milieu du fuseau et appelé pour cette raison plan équatorial. La tension exercée sur les 2 kinétochores d'un même chromosome par les microtubules kinétochoriens est constante et équilibrée. Cette phase est intéressante à plus d'un titre car tous les chromosomes sont sur un même plan ; c'est pourquoi elle est utilisée pour réaliser les caryotypes. A noter qu'à la fin de la métaphase, les chromosomes ont atteint leur maximum de condensation.

(*) Caryotype : Génétique, gynécologie obstétrique, pédiatrie  -  N. m.  * caryo, karyo : du grec karuon [cary(o)-, kary(o)-], noix, noyau ; * type : du grec tupos [-type, -typie, -typique], empreinte, modèle.  Un caryotype est la présentation photographique ou dessinée du nombre et de la forme des chromosomes. Le caryotype est caractéristique de l'espèce. Principales étapes pour la réalisation d'un caryotype : photographie d'une cellule somatique (pas une cellule reproductrice) en division (ou en mitose). Cette cellule a été volontairement bloquée en métaphase de mitose, alors que les chromosomes dupliqués sont pourvus de deux chromatides identiques. Une fois la photo développée, les chromosomes sont découpés par un personnel qualifié (cytogénéticien, -enne) puis classés par taille et mis en place par paires homologues.   Un exemple de caryotype normal  Tout individu possède normalement 46 chromosomes, dont deux chromosomes sexuels : XX pour les femmes, XY pour les hommes. Les caryotypes normaux sont donc : 46, XY pour un homme, 46, XX pour une femme. Autre exemple : fillette atteinte de trisomie 21 : 47, XX, 21+ soit un total de 47 chromosomes, XX pour une fille et 21+ indique que c'est le chromosome 21 qui est surnuméraire. Caryotype d'un garçon atteint de trisomie 21  Actuellement, les opérations fastidieuses de découpage ne se font pratiquement plus et le classement est réalisé par un ordinateur.

Dans le fuseau métaphasique, responsable de la stabilité apparente des chromosomes sur le plan équatorial, il y a en fait un remaniement incessant des microtubules. Des monomères (molécules de tubuline) viennent constamment se rajouter à leurs extrémités plus (+), c'est-à-dire à l'équateur du fuseau, alors que d'autres sont régulièrement perdus aux extrémités moins (-), c'est-à-dire aux pôles du fuseau.

4. L'anaphase : * ana : du grec ana qui a de nombreux sens : de nouveau, en sens contraire, en haut, en arrière, à l'écart

L'anaphase ne dure que quelques minutes, démarre brusquement et est marquée par :
* la séparation des deux chromatides sœurs de chaque chromosome,
* leur mouvement vers les pôles (chaque chromatide sœur vers un pôle différent), à une vitesse moyenne de 1 μm par minute
* l'allongement du fuseau et de la cellule, pour permettre la séparation future en deux cellules filles.

Lorsque les nouveaux chromosomes fils (les chromatides de départ contenant chacune une molécule d'ADN double brin) se déplacent vers les pôles opposés du fuseau, il est facile de voir que ce mouvement est dû à la rupture des microtubules au niveau du kinétochore de chaque chromosome fils. Lorsque les kinétochores se séparent, les bras des chromosomes avancent péniblement et passivement. Cette rupture est probablement due aux microtubules kinétochoriens qui se raccourcissent, tandis que les microtubules du kinétochore glissent sur les microtubules polaires. Ces mouvements caractérisent une première partie de l'anaphase appelée anaphase A.
Ensuite, pendant l'anaphase B, les pôles du fuseau s'éloignent, par suite de l'action de certains microtubules polaires qui contribuent ainsi à la séparation des chromosomes fils. Les microtubules polaires contiennent de la dyénine ou "protéine du mouvement", protéine qui est aussi associée aux microtubules des cils et des flagelles. Il est donc possible que le mouvement vers les pôles s'effectue comme le battement des cils et des flagelles des Eucaryotes.
Des analyses ont montré que l'hydrolyse d'une vingtaine de molécules d'ATP seulement suffit pour permettre aux chromosomes de se déplacer de la plaque équatoriale vers les pôles.

Autre phénomène important et étonnant : le vent polaire ou force d'exclusion astrale.
Des expériences de microsection des bras d'un chromosome ont montré que, si la partie kinétochorienne attachée au microtubule se dirigeait bien vers le pôle, les bras étaient repoussés du pôle. Cette force, qui a été appelée force d'exclusion astrale ou vent polaire, pourrait résulter d'une poussée par les extrémités en croissance des microtubules qui s'assemblent continuellement au niveau des pôles. On pense maintenant que cette force d'exclusion astrale pourrait être à l'origine du maintien des chromosomes sur le plan équatorial pendant la métaphase.

5. La télophase : * télo : du grec teleos [téléo-, télo-], fin (comme fini).

Pendant cette phase qui débute dès que les mouvements des chromosomes, caractéristiques de l'anaphase cessent, plusieurs étapes importantes se produisent qui annoncent la fin de la mitose.

* Chromosomes : ils sont tous regroupés aux 2 pôles de la cellule, de façon que (sauf accident) chacun des 2 lots soit complet, c'est-à-dire possède une chromatide de chacun des chromosomes métaphasiques et donc présente la même information génétique.

* Microtubules : les microtubules kinétochoriens se sont dépolymérisés et ont disparu.

* Enveloppe nucléaire : les vésicules de l'enveloppe nucléaire s'associent aux chromosomes puis commencent à se regrouper pour former la nouvelle enveloppe nucléaire. Les pores nucléaires, gros complexes de protéines,  sont reconstitués et les lamines (protéines constituant la lamina nucléaire) se réassocient. La lamina nucléaire est un treillis de filaments qui double la face interne de la membrane nucléaire. C'est également pendant la télophase que les nucléoles réapparaissent progressivement - non représentés sur ce schéma, mais sur le suivant.

* Fuseau : à la fin de la télophase, les microtubules polaires se raréfient par dépolymérisation et le fuseau commence à disparaître. Les autres éléments appartenant au réticulum endoplasmique, au Golgi, mais aussi les mitochondries, entre autres, se séparent en quantités égales vers les 2 futures cellules filles.

C'est la fin de la mitose proprement dite, mais cette phase est suivie par une autre étape importante : la cytodiérèse ou cytocinèse, c'est-à-dire la division de la cellule mère en 2 cellules filles identiques. Il faut encore noter que ce sont des phosphorylations qui provoquent les dissociations (membrane nucléaire, microtubules ...) alors que les déphosphorylations vont permettre de (re)polymériser ces éléments.

6. La cytodiérèse ou cytocinèse : * cyto : du grec kutos [cyt(o)-, -cyte, -cytie], cellule ; * diérèse : du grec diairesis, action de séparer.

La mitose est terminée et la cellule entreprend son processus de clivage. La plus visible des modifications est l'invagination progressive de la membrane plasmique, autour du centre de la cellule et dans le plan équatorial. Un anneau contractile s'est formé et c'est lui qui est responsable de cette déformation.
Le sillon de division ainsi créé se creuse de plus en plus, jusqu'à la séparation complète des deux cellules filles.

* L'anneau contractile : il est essentiellement constitué de filaments d'actine et de myosine, deux protéines qui interagissent pour produire une contraction comme dans les muscles. C'est au début de l'anaphase que commence son assemblage, selon des mécanismes qui sont encore mal connus. En chaque point de sa circonférence, cet anneau contient un faisceau constitué d'environ 20 filaments d'actine. Comme son épaisseur ne change pas pendant l'invagination  du sillon, on a supposé qu'il perdait des filaments de façon régulière, jusqu'à ce qu'il n'y en ait plus à la fin de la segmentation.

* Le corps intermédiaire : juste avant la séparation, il ne reste plus entre les deux cellules que le corps intermédiaire qui contient les restes des microtubules polaires et une structure matricielle dense.

La mitose est donc une forme division cellulaire qui, à partir d'une cellule diploïde (2n chromosomes) donne naissance à deux cellules filles diploïdes elles aussi, et au patrimoine génétique strictement identique.

Prophase Métaphase Métaphase tardive Anaphase Début de télophase Télophase tardive et début de cytodiérèse

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