Si tu as déjà côtoyé des tout-petits, tu connais probablement cette scène : l'enfant est tout excité, car il fait ses premiers pas, mais peut-être va-t-il un peu trop vite. AÏE ! Il trébuche et tombe, s'écorchant le genou sur le sol.
Pour un jeune enfant, cela peut être l'une de ses toutes premières blessures, et c'est très grave à ses yeux ! Il peut même croire que la peau de son genou est partie pour toujours. Il est difficile de lui expliquer que sa jambe va guérir alors qu'il a mal, mais arrêtons-nous un instant sur ce moment.
Les cellules de la peau de son genou ont réellement disparu pour le moment, mais pas pour toujours. Comment se fait-il que cette peau revienne ? Les cellules cutanées restantes ont beaucoup de travail à faire. Ces cellules vont devoir produire des clones, des copies d'elles-mêmes dans un processus appelé cycle cellulaire et division cellulaire.
- Tout d'abord, nous allons examiner le schéma et les phases du cycle cellulaire.
- Ensuite, nous parlerons de la régulation du cycle cellulaire.
Qu'est-ce que le cycle cellulaire ?
Le cycle cellulaire est un processus continu de croissance et de division des cellules, qui se compose de plusieurs phases distinctes (G1, S, G2 et M) et qui permet à une cellule de dupliquer son génome et de se diviser en deux cellules filles identiques.
Une cellule fille est une cellule nouvellement formée à partir d'une cellule mère qui s'est divisée par mitose ou par méiose, et qui contient un ensemble de chromosomes et de matériel génétique identique à celui de la cellule mère.
Schéma du cycle cellulaire
Le cycle cellulaire décrit le cycle de vie d'une cellule eucaryote alors qu'elle remplit ses fonctions nécessaires et se prépare à la division cellulaire, produisant deux nouvelles cellules filles. Le cycle cellulaire est divisé en deux phases : l'interphase et la phase M. La figure 1 présente le schéma du cycle cellulaire.
Fig. 1 - Le cycle cellulaire avec l'interphase et la phase M, ainsi que les sous-phases : G1, S, G2, Mitose et Cytokinèse
Interphase et mitose
Les phases du cycle cellulaire, l'interphase et la phase M (mitose), sont ensuite décomposées en sous-phases : G1, phase S, et ainsi de suite. Examinons plus en détail chacune de ces phases et sous-phases du cycle cellulaire.
Interphase
L'interphase est la partie la plus longue du cycle cellulaire, où la cellule remplit ses fonctions essentielles et se prépare à la division. L'interphase se décompose en trois sous-phases : la phase G1, la phase de synthèse (phase S) et la phase G2. Ces phases du cycle cellulaire sont décrites brièvement ci-dessous :
Phase G1 du cycle cellulaire
La cellule remplit toutes ses fonctions nécessaires.
Elle accumule de l'énergie et des protéines en vue de la phase de synthèse.
La cellule grandit de manière à être suffisamment grande pour être divisée en deux.
Le premier point de contrôle cellulaire garantit que la cellule est prête à passer à la phase S.
Phase S du Cycle cellulaire
La cellule subit une réplication de l'ADN, copiant exactement tous les chromosomes de l'ADN.
Les chromosomes forment maintenant la forme en X reconnaissable, chaque moitié du X étant une copie complète de l'autre côté. Chaque moitié est appelée chromatide sœur.
Les organites appelés centrosomes sont dupliqués.
Phase G2 du cycle cellulaire
La cellule continue à croître et à accumuler de l'énergie pour la phase mitotique.
Les organites sont dupliqués pour chaque cellule fille.
Le cytosquelette est démantelé en microtubules qui seront utilisés pendant la mitose.
Un deuxième point de contrôle cellulaire garantit que la cellule est prête à entrer dans la phase M.
Phase M du cycle cellulaire
La phase M (ou mitose) du cycle cellulaire est le moment où la cellule sépare ses chromosomes d'ADN et ses composants cellulaires, ce qui conduit à la division cellulaire et aux cellules filles. La phase M se compose de deux sous-phases qui se produisent simultanément : la mitose et la cytokinèse. La mitose est la division des chromosomes d'ADN ; elle se déroule en cinq sous-phases : prophase, prométaphase, métaphase, anaphase et télophase.
La cytokinèse est le moment où la division cellulaire se produit réellement, produisant des cellules filles. Dans les cellules animales, un anneau d'actine pince la membrane plasmique de la cellule jusqu'à ce qu'elle se divise en deux cellules, un peu comme si on pinçait un morceau d'argile en deux. Les cellules végétales, en revanche, construisent une plaque cellulaire à l'intérieur d'elles-mêmes jusqu'à ce qu'elle fusionne avec leur paroi externe et sépare les deux nouvelles cellules filles. Une fois la cytokinèse terminée, le cycle cellulaire est également terminé et peut recommencer pour chacune des cellules filles.
Prophase
Au cours de la première étape de la mitose, les chromosomes commencent à se condenser et à devenir visibles.
Les centrosomes se séparent sur les côtés opposés, produisant des fuseaux mitotiques. Ces fuseaux déplacent les chromosomes dans la cellule, comme les fils d'une marionnette.
L'enveloppe nucléaire se décompose et se déplace vers le bord de la cellule, laissant place à la mitose.
Prométaphase
Les chromosomes se condensent complètement, mais sont toujours dirigés vers le milieu de la cellule.
Les fuseaux mitotiques se fixent à chaque chromatide sœur au niveau de structures appelées kinétochores.
Les centrosomes se sont déplacés vers les pôles opposés de la cellule.
Métaphase
Les chromosomes sont alignés au centre de la cellule sur une ligne droite appelée plaque équatoriale.
Un point de contrôle cellulaire s'assure que les fuseaux mitotiques se sont correctement fixés au kinétochore de chaque chromatide sœur, en vue de la séparation des chromosomes.
Anaphase
Les fuseaux mitotiques se raccourcissent, séparant chacune des chromatides sœurs. Maintenant que les chromatides se sont séparées, elles sont appelées chromosomes filles. Deux jeux complets de chromosomes devraient maintenant se trouver sur les côtés opposés de la cellule.
Les fuseaux mitotiques non attachés allongent la cellule en une forme ovale, la préparant à la division cellulaire pendant la cytokinèse.
Télophase
Deux nouvelles enveloppes nucléaires se forment autour des chromosomes d'ADN.
Les chromosomes se détachent en chromatine utilisable.
Les fuseaux mitotiques se décomposent et sont recyclés dans le cytosquelette des nouvelles cellules filles après la cytokinèse.
Phase G0
Immédiatement après la division cellulaire par mitose, la nouvelle cellule peut entrer dans une phase de quiescence appelée gap zéro ou phase G0 du cycle cellulaire, et ne continuera pas à se diviser activement. Il peut s'agir d'un stade temporaire lorsque l'organisme est soumis à un stress, avant que la cellule ne passe en phase G1 après un stimulus extérieur. Elle peut aussi être permanente, comme c'est le cas des cellules nerveuses ou cardiaques qui ne se divisent pas activement une fois formées.
Régulation du cycle cellulaire
Imagine un instant que la cellule ne dispose pas de toute l'énergie ou des protéines nécessaires pour achever la réplication de l'ADN. Peut-être que certains chromosomes ont été complètement copiés, d'autres seulement partiellement, et certains pas du tout. Comment cela affecterait-il la mitose ou les cellules filles qui se divisent à partir de cette cellule mère ?
Cela pourrait être désastreux ! Les cellules filles pourraient mourir immédiatement, ou vivre, mais être incapables de remplir leur fonction, ou encore continuer à se diviser sans s'arrêter et provoquer un cancer. Pour éviter cela, la cellule régule étroitement le cycle cellulaire en utilisant des « points de contrôle » entre la phase G1 et la phase S, la phase G2 et la phase M, et pendant la métaphase de la mitose.
Point de contrôle G1/S
Le passage à la phase S du cycle cellulaire est le point de non-retour de la division cellulaire, souvent appelé point de restriction. Une fois que les chromosomes commencent à se répliquer, la cellule s'engage à devenir deux nouvelles cellules. Ce premier point de contrôle du cycle cellulaire vérifie si la cellule est prête à achever la réplication de l'ADN à l'aide de signaux extracellulaires, tels que des facteurs de croissance.
La cellule vérifie également que ses chromosomes ne sont pas endommagés. Si des dommages sont détectés, le cycle cellulaire s'interrompt. La cellule peut alors essayer de réparer l'ADN si elle le peut ou passer en phase G0 jusqu'à ce qu'elle soit prête ou déclenchée pour passer en phase S par un autre signal.
Point de contrôle de la phase G2/M
Ce point de contrôle vise à s'assurer que la cellule est suffisamment grande et dispose de suffisamment d'énergie pour achever le cycle cellulaire avec la mitose et la cytokinèse. Mais la principale régulation qui se produit ici inspecte l'ADN de la cellule. Si les chromosomes ne sont pas dupliqués, ou s'ils sont endommagés d'une manière ou d'une autre, la cellule interrompt le cycle cellulaire et tente de répliquer ou de réparer complètement les chromosomes, avant de poursuivre la mitose.
Point de contrôle de la métaphase de la mitose
Ce point de contrôle se produit pendant la mitose après l'alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale, juste avant que l'anaphase ne sépare les chromosomes en ce qui deviendra les cellules filles. Ce point de contrôle garantit que les fuseaux mitotiques se sont correctement fixés aux chromosomes dupliqués au niveau des kinétochores.
Si les microtubules ne sont pas fixés correctement, les cellules filles peuvent se retrouver avec trop ou trop peu d'ADN, et la cellule interrompt la mitose jusqu'à ce que les fuseaux mitotiques soient fixés correctement. Si tout s'arrange, le cycle cellulaire se poursuivra en terminant la mitose et la cytokinèse.
Molécules régulatrices du cycle cellulaire
Alors que les points de contrôle font le point sur la cellule à certains moments prédéterminés, il existe également des molécules intracellulaires qui contribuent à pousser la cellule le long du cycle cellulaire ou à interrompre le cycle cellulaire si elles remarquent que quelque chose ne va pas. Les molécules qui aident à poursuivre le cycle cellulaire s'engagent dans une régulation positive, tandis que les molécules qui peuvent interrompre le cycle cellulaire s'engagent dans une régulation négative.
Régulation positive du cycle cellulaire
Les protéines clés qui contribuent à faire avancer le cycle cellulaire sont appelées cyclines et kinases dépendantes des cyclines (CDK). Il existe quatre cyclines dont la concentration varie pour aider à réguler le cycle cellulaire (figure 2). Lorsque leur concentration augmente dans la cellule, sous l'effet de signaux internes et externes, les cyclines contribuent à faire passer le cycle cellulaire à la phase suivante. Une fois que la cycline a initié la phase suivante, elle est rapidement dégradée.
Fig. 2 - La concentration des molécules de cycline au cours du cycle cellulaire
Les cyclines ne peuvent pas agir par elles-mêmes et doivent se lier à une CDK. Une fois que la cycline s'est liée à une CDK, elle doit également être phosphorylée par une autre kinase, pour activer le complexe cycline/CDK. Chaque complexe cycline/CDK phosphorylé a une forme spécifique pour se lier et phosphoryler la protéine suivante dans la régulation du cycle cellulaire (figure 3). Alors que la quantité de cycline fluctue beaucoup au cours du cycle cellulaire, la quantité de kinases dépendantes des cyclines reste relativement constante, mais inactive jusqu'à ce que leur protéine cycline spécifique soit présente pour poursuivre le cycle cellulaire.
Fig. 3 - La cycline et les kinases dépendantes des cyclines se lient et sont activées par la phosphorylation d'une autre kinase. Le complexe cycline/CDK activé peut alors activer sa protéine cible et faire avancer le cycle cellulaire
Régulation négative du cycle cellulaire
Les principales molécules de régulation négative du cycle cellulaire comprennent la protéine du rétinoblastome (pRB), p53 et p21. Ces protéines sont appelées suppresseurs de tumeurs, car elles ont été découvertes lors de l'étude des cellules cancéreuses, lorsque le cycle cellulaire se poursuit indéfiniment en ignorant les points de contrôle du cycle cellulaire. Les protéines pRB, p53 et p21 agissent principalement au niveau du point de restriction : le point de contrôle de la phase G1/S.
La p53 est un régulateur principal du passage en phase S, car il recherche et gère l'ADN endommagé pendant la préparation de la phase G1. Si p53 trouve de l'ADN endommagé, sa concentration va augmenter, interrompre le cycle cellulaire, puis recruter des protéines pour réparer l'ADN. Parfois, l'ADN ne peut pas être réparé, et alors p53 déclenchera l'apoptose, la mort cellulaire programmée, au lieu de permettre à la cellule de poursuivre le cycle cellulaire.
La p21 est produite lorsqu'il y a suffisamment de p53 dans la cellule. La p21 agit directement sur la cycline et les CDK en se liant au complexe cycline/CDK, inhibant leur capacité à se phosphoryler et à progresser dans le cycle cellulaire. Lorsque p53 détecte des problèmes dans la cellule, la concentration de p53 et de p21 augmente, empêchant la poursuite du cycle cellulaire.
La pRB surveille principalement la taille de la cellule. Lorsque la cellule est trop petite, pRB sera active et se liera à des facteurs de transcription, plus précisément appelés E2F, qui aident à produire les protéines nécessaires au point de contrôle G1/S. Lorsque la cellule grandit, elle peut dépenser de l'énergie en phosphorylant pRB, en changeant sa forme et en la forçant à libérer E2F. Maintenant que l'E2F est libre, il peut commencer la transcription des protéines nécessaires à la progression du cycle cellulaire.
Le cycle cellulaire - Points clés
- Le cycle cellulaire est composé de deux phases principales : l'interphase et la phase M (phase mitotique).
- L'interphase comporte 3 sous-phases : la phase G1 qui prépare la cellule à la phase S, la phase S réplique l'ADN, et la phase G2 qui prépare la cellule à la division cellulaire pendant la phase mitotique.
- La phase mitotique (ou phase M) comprend la mitose et la cytokinèse. La mitose sépare l'ADN dupliqué en deux nouvelles cellules filles et se compose de 5 sous-phases : prophase, prométaphase, métaphase, anaphase et télophase. La cytokinèse est le moment où la division cellulaire se produit finalement, achevant ainsi le cycle cellulaire.
- Après avoir terminé le cycle cellulaire, la cellule peut passer en phase G0, où elle ne fait qu'exercer sa fonction et ne complète pas un nouveau cycle cellulaire. Les cellules nerveuses et les cellules cardiaques sont de bons exemples de phase G0.
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Questions fréquemment posées en Cycle cellulaire
Quelles sont les étapes du cycle cellulaire ?
Le cycle cellulaire se compose de plusieurs étapes, qui sont la phase G1, la phase S, la phase G2 et la phase M. La phase G1 est la première phase du cycle, qui se caractérise par la croissance cellulaire et la synthèse de nouvelles protéines. La phase S est la phase de synthèse de l'ADN, pendant laquelle la cellule duplique son génome. La phase G2 est la seconde phase de croissance, durant laquelle la cellule se prépare à la division cellulaire. Enfin, la phase M est la phase de la mitose, pendant laquelle la cellule se divise en deux cellules filles identiques.
Comment peut-on diviser le cycle cellulaire ?
Le cycle cellulaire peut être divisé en deux grandes parties : l'interphase et la phase mitotique. L'interphase est la période qui sépare deux divisions cellulaires successives, et comprend les phases G1, S et G2. La phase mitotique, quant à elle, correspond à la phase M, pendant laquelle la cellule se divise en deux cellules filles.
Qu'est-ce que la phase G1 ?
La phase G1 est la première phase du cycle cellulaire, qui se caractérise par une croissance active de la cellule. Au cours de cette phase, la cellule synthétise de nouvelles protéines et augmente sa taille. Elle peut également subir des changements morphologiques, en fonction de son type cellulaire et de son environnement. La phase G1 est suivie de la phase S, pendant laquelle la cellule duplique son génome.
Quelle est la durée d'un cycle cellulaire ?
La durée du cycle cellulaire peut varier en fonction du type de cellule et des conditions environnementales. En général, la durée du cycle cellulaire est d'environ 24 heures chez les cellules humaines en culture. Cependant, la durée du cycle peut être plus courte ou plus longue en fonction de la phase du cycle cellulaire et des besoins de la cellule.
Quelle est la phase la plus longue du cycle cellulaire ?
En général, la phase G1 est considérée comme la phase la plus longue du cycle cellulaire, car elle est responsable de la croissance active de la cellule. Cependant, la durée de chaque phase du cycle peut varier en fonction des besoins de la cellule et des signaux environnementaux.
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