Comportements cellulaires

Les cellules se développent grâce à leur métabolisme, processus par lequel elles exploitent les produits de la digestion des aliments pour se reproduire,

La division cellulaire

La division cellulaire est la base de la reproduction des organismes uni-cellulaires et de la croissance des organismes multiuni-cellulaires. Elle suit un processus appelé le cycle cellulaire, au bout duquel une cellule apparaît en deux cellules filles génétiquement identiques (voir figure 1.5). Le cycle cel-lulaire est une alternance entre la mitose et l’interphase. L’interphase est composée de la phase G1 qui correspond à la croissance de la cellule. En-suite, vient la phase G0 qui correspond :

1. soit à une pause du cycle cellulaire pour permettre à la cellule de se diviser plus tard. On dit alors que la cellule est en quiescence. Celle-ci peut avoir comme origine la non réception de signaux donnant ordre de division ou un choix du système de réplication jugeant que la cellule n’a pas assez d’énergie et de protéines pour une division.

2. soit un arrêt définitif du cycle cellulaire parce que la cellule est vieille et ne se divisera plus, même si elle reste métaboliquement efficace. On dit alors que la cellule est en sénescence. Elle se dégrade ainsi au fur et à mesure jusqu’à la mort.

Ces principes sont repris par le modèle que nous proposons dans la section 4.3. Puis, survient la phase S correspondant à la réplication de l’ADN. A ce stade, la cellule ne peut plus faire marche arrière, elle doit poursuivre jusqu’à la mitose. La dernière phase de l’interphase est G2 où la cellule connaît une seconde croissance avant la mitose. Cependant, il existe des points de contrôle ou “check-points” entre ces différentes phases. Les principaux “check-points” se situent entre :

— G1 et S (avant la réplication de l’ADN), — G2 et M (avant la mitose).

Leur but est de s’assurer de l’intégrité du matériel génétique de la cellule. En cas d’anomalie non réparable de l’ADN, la cellule entre en apoptose (mort cellulaire programmée). Au cours de la mitose, le noyau se scinde en deux. Puis, intervient la cytodiérèse qui divise le cytoplasme et partage les orga-nites qu’il contient entre la cellule fille et la cellule mère (voir figure 1.6). Le corps humain compte près de 100 000 milliards de cellules dont 20 milliards meurent chaque jour et 20 millions se divisent en deux cellules filles toutes les secondes. Cela permet aux organes, aux tissus et aux cellules de se renou-veler plusieurs fois suivant une fréquence dépendant du type cellulaire. Les fréquences de renouvellement de différents types de cellule ont été mesurées et répertoriées par [Spalding et al., 2005]. Par exemple, la cellule de la peau a une durée de vie de 3 à 4 semaines avant d’être renouvelée. Elle est de 120 jours pour un globule rouge tandis qu’une cellule de foie ou de poumon

Figure1.5 – Le cycle cellulaire

Figure 1.6 – La mitose aboutit à deux cellules filles génétiquement iden-tiques à la cellule mère. Chacune des cellules filles contient le même nombre de chromosomes que la cellule mère.

dont la fréquence est de 15 années. Dans la section 9.1, une implémenta-tion du mécanisme de renouvellement des tissus est proposée. Cependant, il faut préciser que le renouvellement cellulaire ne préserve pas les cellules du vieillissement et de la mort. En effet, les cellules possèdent au niveau des terminaisons de leurs chromosomes une région répétitive d’ADN, appelée té-lomère, qui joue un rôle protecteur contre l’érosion des chromosomes et les erreurs d’identification dans l’ADN. Ces télomères se raccourcissent à chaque division cellulaire. Cependant grâce à l’enzyme télomérase, un télomère d’une longueur convenable et fonctionnelle est maintenu. Mais comme seules les cel-lules souches et germinales conservent une activité de télomérase suffisante, renouvellement après renouvellement, la longueur du télomère dans les cel-lules créées devient finalement critique et induit leur sénescence [Felix, 2015]. Donc, ce mécanisme induit bien le vieillissement mais il présente l’avantage d’empêcher les proliférations excessives comme celles qui surviennent dans le cas du cancer en contrôlant le nombre de divisions autorisées à l’aide d’une sorte de compteur.

La mort

Précédemment, nous avons brièvement introduit l’apoptose qui est une mort cellulaire programmée. Généralement, la mort cellulaire est définie comme étant l’arrêt définitif des métabolismes et des fonctions vitales de la cellule suivie de sa destruction. Ainsi, en plus de l’apoptose, on peut citer d’autres types de morts cellulaires, classées selon le processus en cause et la rapidité du mécanisme.

— autophagie - c’est un mécanisme qui consiste en la dégradation par-tielle du cytoplasme de la cellule par ses propres lysosomes. Elle sert à éliminer certaines régions toxiques contenues dans la cellule, et parfois même la conduit à la mort en guise de réponse immunitaire.

— nécrose - elle intervient à la suite d’une lésion provoquée par un agent physique ou chimique. C’est une mort anormale et non programmée. — anoïkis - elle est initiée à la suite du détachement d’une cellule de la matrice extracellulaire occasionnant une rupture de communication. Cette mort est assimilée à un processus apoptotique.

Cependant, les comportements cellulaires ou morphodynamiques ne se li-mitent pas à la division et la mort, une cellule peut aussi se mouvoir ou changer de forme.

La migration

La migration cellulaire est un processus fondamental dans la fécondation et dans le développement embryonnaire. Lors de la fécondation, les deux gamètes produites à des endroits différents et par des individus différents

doivent se trouver pour fusionner en une cellule unique (l’oeuf fécondé ou zygote). Et lors du développement embryonnaire, la migration intervient dans la mise en place des tissus et des organes en regroupant en un endroit des cellules dispersées, en dirigeant des groupes entiers de cellules vers des emplacements précis, en dispersant des cellules regroupées, en arrangeant des cellules suivant un réseau particulier, etc. C’est probablement le mouvement coordonné des cellules lors de la gastrulation3

qui permet de dessiner les grands axes d’organisation de l’organisme. Les mouvements cellulaires sont par ailleurs essentiels au fonctionnement même de l’organisme. Les globules rouges effectuent, par exemple, de longs voyages au sein de l’organisme pour approvisionner les différents organes en oxygène et en nutriments. En outre, la migration intervient dans la défense immunitaire par l’acheminement des globules blancs vers les zones infectées et dans la cicatrisation des tissus abîmés. Dans le cas du cancer, l’envahissement de l’organisme par des mé-tastases se fait en partie grâce à la migration des cellules malignes par voie sanguine. La migration se réalise en trois temps : protubérance de la pointe avant de la cellule, adhérence de l’avant de la cellule et détachement du reste de la surface cellulaire, et contraction du cytosquelette pour tirer la cellule vers l’avant.