Cycle cellulaire
Comprendre les différentes étapes du cycle cellulaire, de l’interphase à la division cellulaire : phases G1, S et G2, mitose, cytokinèse, phase G0 et mécanismes de régulation.
SOMMAIRE
I. Généralités
Le cycle cellulaire correspond à l’ensemble des étapes parcourues par une cellule depuis sa formation jusqu’à sa division en deux cellules filles.
Il permet :
- la croissance et le développement de l’organisme ;
- le renouvellement des cellules ;
- la réparation et la cicatrisation des tissus ;
- le maintien de l’intégrité du patrimoine génétique au cours des divisions cellulaires.
La durée du cycle cellulaire est variable selon le type cellulaire et les conditions.
Le cycle comprend deux grandes périodes :
- l’interphase, qui représente la majeure partie du cycle et comprend les phases G1, S et G2 ;
- la phase M, qui comprend la mitose et la cytokinèse.
Certaines cellules peuvent également quitter le cycle cellulaire et entrer en phase G0.
II. Interphase
L’interphase est la période située entre deux divisions cellulaires. Elle représente la majeure partie du cycle cellulaire et comprend trois phases successives : G1, S et G2.
Durant l’interphase, la cellule poursuit son activité, grandit, réplique son ADN et se prépare à la division.
Phase G1
La phase G1 correspond principalement à une période de croissance et d’activité cellulaire.
- Augmentation de la taille de la cellule
- Activité métabolique
- Synthèse d’ARN et de protéines
- Préparation à la réplication de l’ADN
Phase S
La phase S correspond à la réplication de l’ADN. L’ADN de chaque chromosome est copié.
- Duplication de l’ADN
- Formation de deux chromatides sœurs identiques
- Chromatides reliées au niveau du centromère
Phase G2
La phase G2 correspond à une période de croissance et de préparation à la mitose.
- Poursuite de la croissance cellulaire
- Synthèse des protéines nécessaires à la division
- Préparation à la mitose
- Contrôle du bon déroulement de la réplication de l’ADN
III. Mitose
La mitose correspond à la division du noyau cellulaire. Elle assure la répartition du matériel génétique préalablement dupliqué entre les deux futures cellules filles.
Elle permet ainsi de conserver le même nombre de chromosomes dans les cellules filles.
La mitose comprend quatre grandes étapes : prophase, métaphase, anaphase et télophase.
Prophase
- La chromatine se condense et les chromosomes deviennent visibles.
- Chaque chromosome est constitué de deux chromatides sœurs.
- Le nucléole disparaît.
- Le fuseau mitotique se met en place.
- L’enveloppe nucléaire se désorganise.
Métaphase
- Les chromosomes atteignent leur condensation maximale.
- Ils s’alignent au centre de la cellule sur la plaque équatoriale.
- Les chromosomes sont reliés au fuseau mitotique.
Anaphase
- Les chromatides sœurs se séparent.
- Elles migrent vers les deux pôles opposés de la cellule.
Télophase
- Les chromosomes arrivent aux pôles opposés.
- Ils se décondensent progressivement.
- Une enveloppe nucléaire se reforme autour de chaque ensemble de chromosomes.
- Les nucléoles réapparaissent.
- Le fuseau mitotique disparaît.
Deux noyaux possédant le même patrimoine chromosomique ont été constitués.
IV. Cytokinèse
La cytokinèse, également appelée cytodierèse, correspond à la division du cytoplasme permettant la séparation physique des deux cellules filles.
Un anneau contractile constitué principalement de filaments d’actine se forme au niveau de l’équateur de la cellule. Sa contraction entraîne la formation d’un sillon de division, qui se creuse progressivement jusqu’à séparer la cellule en deux.
À l’issue de la mitose et de la cytokinèse, une cellule mère donne naissance à deux cellules filles possédant le même nombre de chromosomes et, en principe, la même information génétique.
Chez l’être humain, une cellule somatique diploïde comportant 46 chromosomes donne ainsi naissance à deux cellules filles comportant chacune 46 chromosomes.
V. Phase G0
La phase G0 correspond à un état de quiescence au cours duquel une cellule est sortie du cycle cellulaire et ne se prépare pas activement à se diviser.
La cellule reste cependant métaboliquement active et continue d’assurer ses fonctions.
La sortie du cycle peut être :
- temporaire : certaines cellules peuvent réintégrer le cycle sous l’effet de signaux appropriés ;
- durable : certaines cellules très différenciées ne se divisent plus ou ont une capacité de division très limitée.
Les neurones matures et les cardiomyocytes sont des exemples de cellules ayant une capacité de renouvellement très limitée.
La capacité des cellules à se diviser ou non contribue ainsi aux différences de renouvellement et de réparation entre les tissus.
La cellule peut réintégrer le cycle cellulaire sous l’effet de signaux appropriés.
Certaines cellules très différenciées ne se divisent plus ou possèdent une capacité de division très limitée.
VI. Régulation du cycle cellulaire
Le cycle cellulaire est un processus étroitement régulé afin de contrôler la multiplication des cellules et de limiter la transmission d’anomalies génétiques aux cellules filles.
Sa progression est principalement contrôlée par :
- les cyclines, protéines dont la concentration varie au cours du cycle ;
- les CDK (Cyclin-Dependent Kinases), enzymes qui sont activées par leur association avec certaines cyclines.
L’association des cyclines et des CDK permet de contrôler le passage d’une phase du cycle à une autre.
Des points de contrôle vérifient également que les principales étapes du cycle se déroulent correctement. Lorsqu’une anomalie est détectée, la progression du cycle peut être interrompue afin de permettre sa correction.
Si les lésions de l’ADN sont trop importantes ou irréparables, la cellule peut être orientée vers l’apoptose, c’est-à-dire une mort cellulaire programmée.
Avant la réplication
Ce point de contrôle vérifie notamment :
- que les conditions permettent la poursuite du cycle ;
- que l’ADN ne présente pas de lésions empêchant la division.
Avant la mitose
Ce point de contrôle vérifie notamment :
- que la réplication de l’ADN est terminée ;
- que l’ADN ne présente pas d’anomalies incompatibles avec la division.
Avant la séparation
Le point de contrôle du fuseau mitotique vérifie :
- le bon attachement des chromosomes au fuseau mitotique ;
- leur capacité à être correctement répartis entre les deux cellules filles.
La progression du cycle cellulaire est interrompue.
La cellule tente de corriger l’anomalie détectée.
Le cycle peut reprendre après réparation. Si les lésions sont irréparables, la cellule peut entrer en apoptose.
VII. Mitose et méiose
La mitose et la méiose sont deux modes de division cellulaire différents.
La mitose concerne les cellules somatiques et participe à la croissance, au renouvellement et à la réparation des tissus.
La méiose intervient au cours de la formation des gamètes. Elle permet de réduire de moitié le nombre de chromosomes et participe à la diversité génétique.
La méiose comprend deux divisions successives après une seule réplication de l’ADN :
- méiose I, dite réductionnelle : séparation des chromosomes homologues ;
- méiose II, dite équationnelle : séparation des chromatides sœurs.
Chez l’être humain, la méiose permet de passer d’une cellule diploïde possédant 46 chromosomes à des cellules haploïdes possédant 23 chromosomes.
VIII. Intérêt physiologique et clinique
Le cycle cellulaire est indispensable au développement, au renouvellement et à la réparation des tissus.
La multiplication cellulaire intervient en particulier dans :
- la croissance et le développement de l’organisme ;
- le renouvellement des cellules sanguines ;
- le renouvellement des épithéliums, notamment cutané et digestif ;
- la cicatrisation ;
- la réparation tissulaire.
La régulation du cycle cellulaire permet de contrôler la multiplication des cellules. Une dérégulation de ces mécanismes peut permettre à des cellules anormales de poursuivre leur division et participer au développement d’un cancer.
Certains traitements anticancéreux agissent sur des mécanismes impliqués dans la division et la prolifération cellulaires. Ils peuvent également affecter des cellules normales à renouvellement rapide, ce qui contribue à certains de leurs effets indésirables.
Cycle cellulaire régulé
La multiplication cellulaire participe au fonctionnement normal de l’organisme.
- Croissance et développement
- Renouvellement cellulaire
- Cicatrisation
- Réparation des tissus
Dérégulation du cycle
La perte de certains mécanismes de contrôle peut favoriser une prolifération cellulaire incontrôlée.
Certains traitements ciblent des mécanismes nécessaires à la division et à la prolifération cellulaires. Des cellules normales à renouvellement rapide peuvent également être affectées, ce qui participe à certains effets indésirables.
Pour résumer
