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La division cellulaire
« Chaque cellule naît d’une cellule » (Virchow, 1855)
La perpétuation de la vie repose sur la reproduction des cellules aussi appelée la division cellulaire.
Rôles :
- organisme unicellulaire ---> reproduction - croissance et développement
- régénération des tissus
La division cellulaire fait partie d’un processus complexe qui est le cycle cellulaire : processus correspondant à la vie de la cellule au terme de la division de sa cellule mère, jusqu’à sa propre division en deux cellules filles.
La division cellulaire génère deux cellules filles génétiquement identiques entre elles et à la cellule mère d’origine.
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L’organisation cellulaire du matériel génétique
Toute l’information génétique (l’ADN) d’une cellule = le génome
Dans les cellules eucaryotes, le génome est réparti sur plusieurs molécules d’ADN qui, mises bout à bout, ont une longueur de 2 mètres. Ces brins d’ADN sont associés à des protéines pour former les chromosomes. Les chromosomes sont condensés pour la division cellulaire mais plus relâchés dans les cellules qui ne se divisent pas.
Chez l’homme, chaque cellule contient 23 paires de chromosomes (chacun venant d’un des deux parents) ---> 46 chromosomes.
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La distribution des chromosomes durant la division cellulaire
Avant la division cellulaire, chaque chromosome est recopié : chaque chromosome dédoublé se compose de deux chromatides sœurs qui contiennent deux copies identiques de la molécule d’ADN. Les deux chromatides sœurs sont attachées au niveau d’une zone d’étranglement appelée le centromère.
Il existe deux modes de division cellulaire :
- la mitose qui produit deux cellules somatiques, génétiquement identiques. Chez l’Homme, chacune contient 46 chromosomes.
- la méiose qui produit des cellules dont le nombre de chromosomes est réduit de moitié. Chez l’Homme, la méiose conduit à la production des cellules reproductrices (ovules ou spermatozoïdes) contenant chacune 23 chromosomes.
Au cours de la mitose, chaque chromosome est recopié (réplication de l’ADN), les chromatides sœurs sont séparées (et deviennent un chromosome à part entière) et réparties de manière équitable entre les deux pôles de la cellule, qui se divise alors proprement dit (=
cytocinèse).
Figure 12.4
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Le cycle cellulaire
= le processus correspondant à le vie d’une cellule, depuis sa formation par division de la cellule mère jusqu’à sa propre division en deux cellules filles.
Phase M (mitose) : comprend la mitose proprement dite et la cytocinèse
Interphase : phase de croissance de la cellule et de duplication des chromosomes (90 % du cycle cellulaire)
Phase G1 (gap 1)
Phase S (synthèse d’ADN) Phase G2 (gap 2)
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Le fuseau mitotique
L’assemblage des microtubules du fuseau mitotique (ou de division) commence au niveau des deux centrosomes qui viennent de se répliquer.
Ils se forment en utilisant des monomères de tubuline venant de la dépolymérisation des microtubules du cytosquelette.
Les deux centrosomes s’éloignent pour se retrouver aux deux pôles de la cellule; puis un aster apparaît (= un ensemble de fins filaments qui irradient à partir du centrosome) et les microtubules mitotiques croissent.
Chacune des chromatides sœurs possède un kinétochore situé au niveau du centromère et qui fait face vers le centrosome. Certains microtubules du fuseau mitotique s’attachent au kinétochore et tirent la chromatide vers le centrosome (les 2 chromatides sont toujours attachées) ---> alignement des tous les chromosomes dédoublés sur la plaque équatoriale.
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Le fuseau mitotique
A l’anaphase, les protéines retenant les chromatides sœurs sont inactivées, celles-ci devient donc indépendantes. Les kinétochores contiennent des protéines motrices (ex dynéine) qui font « marcher » les chromatides sur les microtubules vers les deux pôles de la cellule. En parallèle, ces microtubules raccourcissent.
D’autre part, les microtubules polaires venant des deux centromères se chevauchent. Ils glissent les uns sur les autres tout en s’allongeant et servent ainsi à étirer la cellule.
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La cytocinèse
La cytocinèse est la séparation de la cellule mère en deux cellules filles.
Dans les cellules animales, elle se fait par un processus de segmentation et commence par l’apparition du sillon de division, une invagination de la surface cellulaire qui se produit à l’endroit de la plaque équatoriale.
Sur la face cytoplasmique, ce trouve un anneau contractile fait de microfilaments (actine) associés à de la myosine, qui provoque la contraction de l’anneau. Le sillon se creuse jusqu’à ce que la cellule mère se segmente, donnant deux cellules filles séparées.
Figure 12.9
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La cytocinèse
Dans les cellules végétales qui sont entourées d’une paroi rigide, une structure appelée plaque cellulaire se constitue à l’emplacement de la plaque équatoriale. Ceci se passe pendant la télophase. Cette plaque est formée par fusion de vésicules issues de l’appareil de Golgi. Leur contenu fournit les matériaux nécessaire à la formation de la nouvelle paroi tandis que leur membrane constitue la nouvelle membrane plasmique des deux cellules filles.
Figure 12.9
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La scissiparité
La reproduction des procaryotes se réalise par scissiparité. Les procaryotes ont généralement un chromosome unique, constitué d’une molécule d’ADN circulaire. L’ADN commence à se répliquer à une zone spécifique appelée origine de réplication, ce qui produit deux origines qui se déplacent chacune dans une direction, jusqu’à se rejoindre. En même temps, la cellule s’allonge. Lorsque les deux processus sont terminés, la membrane plasmique s’invagine et divise la cellule mère en deux cellules filles qui reçoivent chacune une copie du génome.
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Régulation du cycle cellulaire
La division cellulaire est un processus extrêmement régulé : les organes doivent croître ou se régénérer de manière coordonnée.
Le cycle cellulaire est régi par des stimulus chimiques précis présents dans le cytoplasme.
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Le mécanisme de régulation du cycle cellulaire
Le cycle cellulaire est régulé par des mécanismes internes et externes à des points de contrôle bien précis.
Un point de contrôle représente un moment critique où un stimulus dicte l’arrêt ou la poursuite du cycle. Généralement, les points sont bloqués et le stop est levé seulement quand le stimulus de poursuite est émis.
Figure 12.14
= point de restriction
Les cellules qui ne se divisent pas sont en phase G0
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L’horloge du cycle cellulaire : les cyclines
Les fluctuations de la quantité de cyclines et de l’activité de kinases qui dépendent de ces cyclines (= cdk pour cyclin-dependent kinase) contrôlent la progression des phases du cycle cellulaire.
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Les stimulus externes mitogènes
Les cellules mammaliennes ne se divisent que si elles sont en présence de facteurs de croissance ou mitogènes (une protéine qui sert de signal entre cellules, comme les hormones). Un exemple de mitogène est le PDGF (platelet derived growth factor).
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L’inhibition de contact
Les cellules en culture se divisent jusqu’à l’obtention d’une monocouche.
Les divisions s’arrêtent alors, c’est ce qu’on appelle l’inhibition de contact. Les cellules normales ont besoin d’un point d’ancrage : elles doivent adhérer à un substrat = boîte de culture in vitro ou matrice extracellulaire in vivo.
Les cellules tumorales échappent à toutes ces régulations : elles n’ont plus besoin du signal d’un facteur de croissance, ni de point d’ancrage, pour se diviser.
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Les cellules tumorales
Les cellules tumorales (ou cancéreuses) échappent à la régulation du cycle cellulaire et se multiplient de manière excessive, c’est ce qui est à l’origine des tumeurs. Une cellule devient transformée lorsqu’elle subit une mutation qui perturbe la régulation du cycle cellulaire. Cette cellule se multiplie pour former une tumeur bénigne, puis après d’autres altérations, une tumeur maligne (= cancer). Des cellules peuvent se détacher de la tumeur, pénétrer dans la circulation sanguine et atteindre d’autre partie du corps où elles peuvent proliférer et former des métastases.
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