Mitose

Tu en sais déjà beaucoup sur les cellules et leur présence dans les organismes vivants, mais savais-tu que les cellules ont besoin de se diviser ?

La mitose est un processus biologique fondamental qui joue un rôle essentiel dans la croissance, le développement et le maintien des organismes vivants. De la division d'un seul œuf fécondé en milliards de cellules dans le corps humain à la régénération des tissus et des organes, la mitose est responsable de la remarquable capacité de la vie à se maintenir et à se perpétuer.

Il s'agit d'un processus fascinant et complexe, impliquant une série d'événements soigneusement orchestrés qui aboutissent finalement à la création de deux cellules filles génétiquement identiques. La compréhension des mécanismes de la mitose est cruciale non seulement pour faire progresser nos connaissances en biologie fondamentale, mais aussi pour mettre au point de nouvelles thérapies et de nouveaux traitements pour un large éventail de maladies, y compris le cancer.

Avec le temps, les cellules commencent à se dégrader et à mourir, et elles doivent donc être remplacées. La mitose est la phase du cycle cellulaire au cours de laquelle le contenu du noyau (le cytoplasme) est divisé et séparé, formant deux nouvelles cellules filles. La dernière étape de ce processus est connue sous le nom de cytokinèse.

La mitose est parfois appelée caryokinèse, ce qui signifie « mouvement des noyaux cellulaires ». Si l'on considère l'ensemble du cycle cellulaire, la mitose est la première partie de la phase mitotique, intervenant immédiatement après que la cellule ait terminé l'interphase.

Dans ce cours, nous te proposons un aperçu général de la mitose, puis nous entrerons dans le détail pour chacune de ses phases.

Schéma de la mitose

Fig. 1 - Schéma des phases de la division cellulaire, montrant la dernière étape de l'interphase, G₂, puis montrant l'intégralité de la phase mitotique : chaque étape de la mitose, et la cytokinèse.

La mitose se déroule en 5 phases : prophase, prométaphase, métaphase, anaphase et télophase (voir la Figure 1). Les étapes de la mitose sont différenciées en fonction de ce qui se passe dans la cellule et de l'aspect de la cellule à chaque étape.

Souviens-toi du cycle cellulaire : juste avant que la cellule ne commence la mitose, elle se trouve à la fin de l'interphase, G₂. Pendant la G₂, toutes les structures cellulaires ont été dupliquées, y compris les centrosomes, et tout l'ADN a été répliqué dans le noyau. Les chromosomes sont encore en suspens et ne sont pas visibles, car ils ne se sont pas condensés en chromosomes visibles en forme de X. La cellule est prête à entamer la phase suivante du cycle cellulaire : la phase mitotique, qui commence par la prophase.

Quelles sont les 5 phases de la mitose ?

Rappelons que la mitose concerne la séparation de l'information génétique et du contenu du noyau de la cellule. Chaque phase de la mitose sera abordée ci-dessous de manière un peu plus approfondie et comprendra l'étymologie de son nom, les marqueurs visibles de chaque stade de la mitose, ainsi que certains éléments qui ne sont pas visibles dans les diagrammes du cycle cellulaire ou lorsqu'on regarde les lames du cycle cellulaire au microscope.

Quand tu identifieras ces étapes du cycle cellulaire, prête une attention particulière aux chromosomes. Tout au long de la description qui suit, réfère-toi au schéma des phases de la division cellulaire plus haut (Figure 1).

Prophase

La prophase signifie « avant-phase ». Elle est nommée ainsi car elle marque le début de la mitose. Les organites membranaires, comme l'enveloppe nucléaire, l'appareil de Golgi et le réticulum endoplasmique, se séparent tous en petites vésicules dans la cellule.

Ces petites vésicules se dispersent sur les bords de la cellule, laissant la place aux étapes ultérieures de la mitose. Le nucléole se disperse également, « disparaissant » jusqu'à la fin de la mitose. Les chromosomes commencent à se condenser avec l'aide de protéines appelées condensine, formant des chromosomes en forme de X avec deux chromatides sœurs.

Les centrosomes commencent alors à produire des microtubules en forme de fuseau, également appelés fuseaux mitotiques. Au fur et à mesure que les fuseaux se forment, les centrosomes sont repoussés loin l'un de l'autre vers les pôles opposés de la cellule. Lorsque la cellule passe à l'étape suivante de la mitose, la prométaphase, les chromosomes continuent à se condenser et les fuseaux mitotiques à se former.

Prométaphase

La prométaphase, deuxième étape de la mitose, signifie « avant la phase de changement ». À ce stade, les organites membranaires continuent à se dissiper vers les bords de la cellule, et les microtubules du fuseau continuent à se former et à pousser les centrosomes vers les pôles de la cellule. Les chromosomes se condensent davantage et chaque chromatide sœur forme une structure protéique appelée kinétochore à son centromère (voir la Figure 2).

Fig. 2 - Un chromosome durant la prométaphase. Le schéma montre les deux chromatides sœurs, les kinétochores protéiques au centromère et les microtubules du fuseau fixés au kinétochore.

Les centrosomes produisent des microtubules du fuseau dans toute la cellule, et ils sont essentiels pour orienter les structures cellulaires afin que le cycle cellulaire se poursuive correctement. Lors de la formation des microtubules du fuseau, certains d'entre eux sont attirés par le kinétochore, auquel ils se lient. Au fur et à mesure que ces microtubules continuent de croître, ils vont disposer les chromosomes au centre de la cellule, car ils sont attachés au kinétochore.

D'autres microtubules du fuseau seront construits au bord de la cellule, et ne finiront pas par se lier aux kinétochores des chromosomes. Ces microtubules sont appelés microtubules polaires et contribueront à l'allongement de la cellule au cours des étapes ultérieures de la mitose.

Les microtubules du fuseau les plus proches des centrosomes sont appelés microtubules radiaires (ou astériens) et aident à positionner les microtubules dans la cellule, contribuant ainsi à la régulation des autres microtubules du fuseau au cours des étapes ultérieures de la mitose.

Métaphase

La métaphase, troisième étape de la mitose, signifie « la phase de changement ». Les microtubules du fuseau aident à disposer tous les chromosomes au centre de la cellule le long d'une ligne imaginaire appelée plaque métaphysique (ou équatoriale). La plaque métaphysique est un peu comme l'équateur ou le premier méridien en géographie, c'est une ligne théorique que nous pouvons représenter sur une carte, mais elle n'existe pas réellement physiquement.

De même, à l'exception des chromosomes alignés sur la ligne imaginaire, la cellule n'est qu'une représentation théorique. Les chromatides sœurs sont toujours étroitement attachées par les protéines de cohésion au centromère des chromosomes.

Anaphase

L'anaphase, la quatrième étape de la mitose, pourrait être traduite par « la phase ascendante ». Cette phase de la mitose est extrêmement rapide. Pendant l'anaphase, les protéines de cohésion (cohésine) qui maintiennent les chromatides sœurs ensemble se brisent, permettant aux nouveaux chromosomes filles de se séparer.

Les microtubules du fuseau se raccourcissent, tirant rapidement les chromosomes filles vers les centrosomes situés aux pôles opposés de la cellule. Les microtubules polaires allongent ensuite la cellule pour lui donner une forme ovale. Cela prépare la cellule à la prochaine étape de la phase mitotique, la cytokinèse, lorsque la cellule se divisera en cellules filles.

Télophase

La télophase, « la phase de distance », est la dernière étape de la mitose. Les chromosomes filles ont atteint les pôles opposés de la cellule et se désagrègent immédiatement en chromatine plus lâche. Les vésicules qui se trouvaient au bord de la cellule se reforment autour de la chromatine pour former l'enveloppe nucléaire. Le nucléole commence également à se reformer.

Les microtubules du fuseau se décomposent et sont réutilisés comme cytosquelette des cellules filles nouvellement formées. C'est la fin de la mitose, mais les cellules filles sont complétées dans la partie suivante du cycle cellulaire, poursuivant la phase mitotique dans la cytokinèse. À la fin de la mitose le noyau des cellules filles possède un jeu complet d'ADN, (2n/diploïde).

Pour résumer, voici un tableau récapitulatif des 5 phases de la mitose :

Tableau 1. Les 5 phases de la mitose

Remarques :

• la prométaphase est souvent considérée comme une sous-phase de la prophase, mais certaines sources la considèrent comme une phase distincte de la mitose ;
• la cytokinèse (en jaune dans le tableau 1) n'est pas techniquement une phase de la mitose, mais elle se produit généralement à la fin de la mitose et est nécessaire pour achever le processus de division cellulaire.

Mutations génétiques et mitose

Parfois, au cours de la mitose, des mutations génétiques peuvent se produire, ce qui est d'autant plus probable que l'organisme est âgé. Ces mutations peuvent se produire par substitution, suppression ou ajout de nucléotides.

Ces mutations peuvent être nuisibles, inoffensives ou utiles. Les mutations génétiques nocives peuvent entraîner des problèmes tels que des malformations physiques à la naissance, des risques accrus de cancer et des retards de développement. Bien que certaines mutations génétiques soient inoffensives en soi, les enzymes corporelles peuvent également veiller à ce que tout le corps continue à fonctionner sans problème. Les mutations génétiques bénéfiques peuvent aider à protéger une personne contre le développement de certains problèmes de santé.