Mitose – Lorsqu’une cellule se divise en deux

mitose

Qu’est-ce que la mitose?

La mitose est la division d’un noyau cellulaire unique qui se traduit par deux noyaux filles avec la même information génétique. Elle a lieu dans les cellules d’organismes eucaryotes – les procaryotes n’ont pas de noyau cellulaire – et précède généralement une division de la cellule entière, d’où émergent deux cellules filles identiques.

Dans le cycle cellulaire des cellules eucaryotes en division, la division nucléaire et la division cellulaire sont couplées. La mitose et la cytokinèse sont donc également appelées ensemble mitose ou phase M. Au cours de l’interphase entre les mitoses successives, le ADN la molécule d’un chromosome est doublée (réplication), après quoi chaque chromosome se compose de deux chromatides soeurs identiques. Pendant la mitose, ces chromatides sont ensuite séparées et divisées de sorte que chaque noyau fille reçoive une moitié identique à un chromosome fille. Cela signifie qu’une copie identique de l’ensemble du génome chromosomique de la cellule mère peut être transmise à deux cellules filles.

La cellule subit une mitose pour créer deux cellules diploïdes identiques.
La cellule subit une mitose pour créer deux cellules diploïdes identiques.

En mitose, il n’y a pas de changement dans le nombre de chromosomes, le degré de ploïdie reste le même. Si la cellule mère était haploïde, les noyaux des cellules filles sont également haploïdes. Si la cellule initiale était diploïde, les noyaux des cellules filles sont également diploïdes.

La mitose a lieu principalement dans les cellules somatiques du corps des organismes multicellulaires, tandis que les types de division cellulaire dans les cellules reproductrices sont appelés méiose. Pour les organismes unicellulaires, la mitose peut être considérée comme une forme de reproduction asexuée.

La méiose peut être distinguée de la mitose par une manière fondamentalement différente de division nucléaire, dans laquelle les chromatides soeurs ne sont pas séparées lors de la première division cellulaire, mais sont attribuées ensemble en tant que chromosomes homologues à un noyau fille. Il est intégré dans le cycle de génération et conduit à une réduction de l’ensemble chromosomique et des cellules filles génétiquement diverses.

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Fonction de la mitose

La mitose permet de diviser l’information génétique contenue dans les chromosomes de telle sorte que deux noyaux de cellules filles reçoivent à nouveau la même information génétique. Pour que cela se produise, le matériel génétique dans le noyau d’une cellule mère doit d’abord avoir été dupliqué – au cours de l’interphase précédente du cycle cellulaire. Chaque chromosome, qui consiste initialement en une chromatide après division nucléaire, a deux chromatides sœurs identiques après doublage, qui sont reliées au centromère. Dans les phases de mitose, ceux-ci sont comprimés, attachés, disposés, séparés et écartés de sorte que deux collections spatialement différentes – mais identiques en nombre et type de chromosomes – se forment, entre lesquelles le noyau est ensuite divisé.

Les chromosomes sont connectés au centromère, représentés le long d'une ligne pointillée.
Les chromosomes sont connectés au centromère, représentés le long d’une ligne pointillée.

Chez les eucaryotes multicellulaires, la mitose est la condition préalable à la formation d’un nouveau noyau cellulaire et généralement – à quelques exceptions près – également à la formation de nouvelles cellules. Dans les organismes multicellulaires tels que les humains, la division cellulaire ne se produit pas dans toutes les lignées cellulaires développées au cours de leur développement. Ainsi, les cellules nerveuses et les cellules musculaires ne se multiplient pas une fois la différenciation terminée. Ces cellules quittent le cycle de division post-mitotique et entrent dans la phase dite G0, de sorte que l’ADN ne se réplique pas du tout. Les globules rouges humains matures ne peuvent plus se diviser car ils sont alors dépourvus de leur noyau cellulaire et la mitose ne peut donc pas être initiée. Les cellules épithéliales de l’intestin et de la peau, en revanche, se multiplient beaucoup plus fréquemment que la moyenne et renouvellent ainsi les surfaces interne et externe du corps.

La division nucléaire réelle des cellules humaines prend généralement environ une heure; l’interphase du cycle cellulaire des cellules à division continue, qui a lieu entre les phases de mitose, dure considérablement plus longtemps, environ 12 à 24 heures, selon le type de cellule. Dans d’autres organismes, la durée de la mitose peut être plus longue, comme dans le cas du haricot de plein champ avec environ deux heures, ou plus courte, comme chez la mouche des fruits, où elle ne dure souvent que 9 minutes.

La mitose peut être stimulée par divers peptides ou protéines appelés mitogènes. Un exemple est le facteur favorisant la maturation (MPF), la structure protéique de la cycline B avec une kinase (CDK 1).

Différence entre la mitose et la méiose

Pour distinguer de la division par mitose, la méiose est un type spécial de division nucléaire, dans lequel une réduction de l’ensemble chromosomique a lieu et aucun noyau fille identique n’est formé. Il se produit dans la formation de cellules sexuelles (c.-à-d. Ovules et spermatozoïdes) pour la reproduction sexuée et peut entraîner la formation de quatre cellules haploïdes à partir d’une cellule de départ diploïde en deux étapes de division.

Il y a deux étapes: la méiose i et la méiose ii. Dans la première étape (division de réduction), l’ensemble chromosomique est divisé par deux, tandis que la deuxième étape (division d’équation) correspond approximativement au cours de la mitose avec une étape supplémentaire de télophase ii.

Phases d’une mitose

Aperçu

Avant le début de la mitose, l’ensemble du génome est répliqué par un ADN polymérase .

Dans la prophase de la cellule animale, les deux centrosomes se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule. Les centrosomes agissent comme des centres d’organisation des microtubules (MTOC) et sont chacun des points de départ pour l’assemblage du fuseau de mitose. Chez les plantes supérieures, d’autres composants cellulaires prennent le relais du MTOC, car leurs cellules n’ont pas de centrosomes. Les chromosomes se condensent, devenant ainsi visibles au microscope optique, et ne sont visibles que maintenant sous la forme en X souvent représentée (pendant l’interphase, ils sont présents sous une forme allongée jusqu’à plusieurs centimètres de long, sous forme de structures filiformes minces). Étant donné que les chromosomes ont déjà été dupliqués dans l’interphase, ils sont constitués de deux chromatides sœurs identiques chacune, qui sont toujours connectées au centromère. La fin de la prophase est atteinte lorsque l’enveloppe nucléaire se fragmente.

Dans la prométaphase, la gaine nucléaire se désintègre et les fibres de la broche de l’appareil à broche pénètrent des deux pôles vers le centre de la cellule. Les chromosomes peuvent maintenant être déplacés, alignés et disposés au moyen des microtubules adhérents.

Dans la métaphase, les chromosomes en métaphase hautement condensés sont alignés par les microtubules comme des fibres de fuseau entre les pôles de la broche au milieu de la cellule. La métaphase est terminée lorsque toutes les paires de chromosomes sont arrivées dans cette plaque de métaphase, les chromosomes s’alignent et leurs kinétochores sont connectés aux microtubules des deux pôles.

Dans l’anaphase, les deux chromatides d’un chromosome sont séparées et écartées le long des fibres du fuseau, centromère en premier, dans des directions opposées vers les pôles du fuseau. De cette manière, un ensemble complet de chromatides ou de chromosomes filles est collecté à chaque pôle. Cela crée la base des deux noyaux filles. L’anaphase est considérée comme terminée lorsque les chromosomes des deux futurs noyaux filles ne s’éloignent plus.

La dernière phase de la mitose est appelée télophase. Il suit l’anaphase précédente sans transition. Les fibres kinétochores se décomposent, l’enveloppe nucléaire est reconstruite et les chromosomes se décondensent. Une fois la décondensation terminée, le les gènes peut être lu à nouveau et le noyau retrouve sa forme fonctionnelle.

Dans la plupart des cas, la télophase est suivie d’une cytokinèse, avec laquelle les noyaux filles peuvent ensuite être attribués à deux cellules filles. Cependant, cette division cellulaire ne fait pas partie de la mitose.

Une représentation visuelle de chaque phase de la mitose. De gauche à droite: Prophase i metaphase i anaphase i telophase i division cellulaire.
Une représentation visuelle de chaque phase de la mitose. De gauche à droite: Prophase, métaphase, anaphase, télophase, division cellulaire.

Prophase

Condensation chromosomique

Pendant l’interphase, le double brin d’ADN continu d’un chromosome est vaguement entouré de protéines d’encapsidation en de nombreux sites et est donc accessible. Au début de la prophase, les filaments de chromatine qui composent un chromosome se condensent et se raccourcissent de plus en plus en liant les condensines par pliage et tours multiples en boucles, bobines et doubles bobines.

En raison de leur structure hautement spiralée, des structures visibles se forment, les boucles nucléaires ou les chromatides d’un chromosome. Ces nouvelles structures représentent une forme plus compacte de filaments de chromatine adaptés au transport. De plus, dans cet état, la section d’ADN d’un gène n’est pas accessible et ne peut donc pas être exprimée. Pour cette raison, le nucléole disparaît.

Formation de fibre de broche

Dans les cellules animales, deux centrosomes (chacun avec une paire de centrioles) ont également été formés en doublant pendant l’interphase. Ils migrent maintenant vers les côtés opposés du noyau et forment ainsi les pôles de la broche. Les centrosomes organisent la structure de l’appareil à broche à partir de microtubules. Au début, les fibres du fuseau sont formées à partir des centrosomes en forme d’étoile, également appelée aster ou microtubule astral.

Les cellules végétales n’utilisent pas de centrioles ou de centrosomes; au lieu de cela, d’autres structures prennent en charge la tâche d’organiser les microtubules en tant qu’éléments de l’appareil à broche.

Prométaphase

Dans les cellules animales, la prométaphase commence par la dégradation de l’enveloppe nucléaire. Les centrosomes sont davantage écartés vers les pôles opposés et les fibres de la broche s’étendent. Le fuseau mitotique en germination pénètre à partir des deux pôles dans le nucléoplasme, avec des connexions qui se chevauchent entre les pôles, appelées microtubules polaires. Les fibres du fuseau se fixent aux centromères des chromosomes, formant des kinétochores. Ceux-ci permettent le mouvement et l’alignement d’un chromosome et la séparation ultérieure de ses chromatides dans la région du centromère.

Métaphase

La métaphase est la troisième phase de la mitose si la prométaphase est considérée comme une phase distincte.

L’appareil à broche dispose les chromosomes au milieu de la cellule, à une distance approximativement égale aux pôles de la broche. Ainsi, les chromosomes se trouvent côte à côte dans une position de départ à partir de laquelle les chromatides soeurs peuvent ensuite être séparées.

Cet arrangement est également appelé la plaque métaphase. Des images microscopiques de cette phase sont utilisées pour identifier visuellement les chromosomes individuels d’un ensemble de chromosomes afin de déterminer le caryotype.

Un point de contrôle de la mitose entre également dans cette phase: ce n’est qu’après que les microtubules se sont fixés sur les deux pôles du fuseau que la liaison entre les chromatides peut être libérée.

Une représentation de la métaphase, où les microtubules alignent les chromosomes au centre de la cellule.
Une représentation de la métaphase, où les microtubules alignent les chromosomes au centre de la cellule.

Anaphase

Les deux chromatides d’un chromosome sont séparées et déplacées dans des directions différentes. Les chromatides soeurs deviennent ainsi des chromosomes filles (chromosomes à une chromatide), qui sont transportés le long des fibres du fuseau vers les pôles opposés de la cellule. Dans ce processus, les fibres de kinétochore sont raccourcies. Pendant ce temps, les microtubules des fibres polaires peuvent s’allonger, provoquant l’éloignement des pôles les uns des autres.

Une distinction peut être faite entre l’éloignement des chromosomes – comme anaphase I – et l’écartement des fibres polaires du fuseau – comme anaphase II.

Télophase

Lorsque les chromosomes filles atteignent enfin les pôles du fuseau, les fibres de kinétochore de plus en plus raccourcies se décomposent dans une large mesure. Les fibres polaires peuvent initialement s’allonger encore plus jusqu’à ce que les pôles atteignent leur distance maximale l’un de l’autre, point auquel l’appareil à broche se dissout. L’enveloppe nucléaire des noyaux filles est désormais en grande partie constituée de fragments de l’ancienne membrane nucléaire. Les chromosomes se décondensent à nouveau. Les nucléoles réapparaissent également dans chaque noyau respectif.

Cytokinèse

Dans la plupart des cas, la cellule se divise après l’achèvement de la formation du noyau. Dans les cellules animales, un anneau contractile de fibres d’actine sillonne le cytoplasme, divisant la cellule en deux cellules filles.

Mitose sans division cellulaire

La mitose n’est parfois pas suivie d’une cytokinèse. Chez les animaux multicellulaires, la différenciation des tissus peut conduire à des relations très ordonnées dans lesquelles les cellules porteuses de fonctions ne se divisent plus. Dans les tissus du système nerveux, par exemple, la plupart des neurones en réseau sont post-mitotiques et incapables de se diviser. Les cellules du muscle cardiaque matures n’ont pas non plus la capacité de se diviser.

Vous pouvez en savoir plus sur la mitose ici .