Toute cellule provient d'une cellule préexistante : la division cellulaire est l'aboutissement du cycle cellulaire. Ce chapitre détaille les phases du cycle et leur contrôle, le déroulement de la mitose et de la cytodiérèse, puis la méiose qui produit les gamètes. La comparaison mitose / méiose et l'identification des phases sur schéma sont les questions les plus fréquentes des examens de Biologie cellulaire S1.
1. Le cycle cellulaire
Le cycle cellulaire est la succession d'événements qui conduisent une cellule mère à donner deux cellules filles. Il comprend l'interphase, la plus longue, et la phase M (mitose et cytodiérèse). L'interphase se divise en G1 (croissance, synthèse des protéines et des organites), S (réplication de l'ADN : chaque chromosome passe d'une à deux chromatides, et les centrioles se dupliquent) et G2 (préparation de la division, synthèse de tubuline). Pour une cellule humaine en culture, le cycle dure environ 24 heures dont moins d'une heure de mitose. Les cellules différenciées qui ne se divisent plus quittent le cycle en G0 (neurones, fibres musculaires) ; certaines peuvent y retourner (hépatocytes après lésion).
Le cycle est piloté par des complexes cycline-CDK (kinases dépendantes des cyclines) : les CDK sont présentes en permanence, les cyclines sont synthétisées puis dégradées à chaque cycle. Des points de contrôle (checkpoints) vérifient les conditions avant de laisser le cycle avancer : le point de restriction en fin de G1 (taille, signaux de croissance, intégrité de l'ADN, sous la surveillance de la protéine p53), la transition G2/M (réplication complète, ADN non endommagé, déclenchée par le complexe cycline B-CDK1 ou MPF) et le point de contrôle du fuseau en métaphase (tous les kinétochores attachés). La perte de ces contrôles est à l'origine des cancers.
Étape du cycle cellulaire où la progression est bloquée tant qu'une condition n'est pas remplie (ADN intact et entièrement répliqué, chromosomes tous attachés au fuseau), afin d'éviter la transmission d'anomalies.
2. La mitose, phase par phase
La mitose répartit les chromatides sœurs entre les deux cellules filles, qui reçoivent chacune un jeu complet et identique de chromosomes (2n → 2n). En prophase, la chromatine se condense en chromosomes visibles à deux chromatides, le nucléole disparaît et les deux centrosomes migrent vers les pôles en émettant les microtubules du fuseau. En prométaphase, l'enveloppe nucléaire se fragmente ; les microtubules capturent les chromosomes par leur kinétochore, d'abord d'un côté (attachement unipolaire) puis des deux (attachement bipolaire), et les font osciller jusqu'à l'équateur. En métaphase, tous les chromosomes sont alignés sur la plaque équatoriale ; tant qu'un seul chromosome est mal attaché, il émet un signal inhibiteur qui bloque la suite.
L'anaphase commence lorsque le complexe promoteur de l'anaphase déclenche la dégradation des cohésines qui liaient les chromatides : celles-ci, devenues chromosomes indépendants, sont tirées vers les pôles par raccourcissement des microtubules kinétochoriens (anaphase A), tandis que le fuseau s'allonge (anaphase B). En télophase, les chromosomes se décondensent, l'enveloppe nucléaire et le nucléole se reforment autour de chaque lot et le fuseau se dépolymérise. La mitose dure environ une heure ; la métaphase est la phase où le caryotype est réalisé, après blocage par la colchicine.
3. La cytodiérèse
La cytodiérèse (ou cytocinèse) partage le cytoplasme. Dans la cellule animale, un anneau contractile d'actine et de myosine II se resserre sous la membrane au niveau de l'équateur, creuse un sillon de division puis étrangle la cellule en deux. Dans la cellule végétale, la paroi rigide interdit cet étranglement : des vésicules golgiennes guidées par les microtubules du phragmoplaste fusionnent au centre pour former la plaque cellulaire, qui s'étend jusqu'aux parois latérales et devient la lamelle moyenne de la nouvelle paroi, percée de plasmodesmes. Une mitose sans cytodiérèse produit une cellule plurinucléée (syncytium) ou polyploïde.
4. La méiose I, division réductionnelle
La méiose se déroule dans les gonades et transforme une cellule diploïde (2n) en quatre cellules haploïdes (n) par deux divisions successives précédées d'une seule réplication. La prophase I, longue et complexe, comprend cinq stades : leptotène (condensation), zygotène (appariement des chromosomes homologues, ou synapsis, par le complexe synaptonémal), pachytène (les bivalents ou tétrades à quatre chromatides échangent des segments : c'est le crossing-over), diplotène (les homologues se séparent mais restent unis aux chiasmas) et diacinèse (condensation maximale, rupture de l'enveloppe). En métaphase I, les bivalents s'alignent à l'équateur, chaque homologue tourné vers un pôle ; en anaphase I, ce sont les chromosomes homologues entiers, à deux chromatides, qui se séparent — les centromères ne se divisent pas. La télophase I donne deux cellules à n chromosomes bichromatidiens.
Échange réciproque de segments entre chromatides non sœurs de deux chromosomes homologues, au pachytène de la prophase I ; il crée de nouvelles combinaisons d'allèles (brassage intrachromosomique).
5. La méiose II et le brassage génétique
Après une brève interphase sans réplication (interkinèse), la méiose II est équationnelle : elle se déroule comme une mitose et sépare les chromatides sœurs de chacune des deux cellules, ce qui donne quatre cellules haploïdes à chromosomes monochromatidiens. Chez l'homme, la spermatogenèse produit quatre spermatozoïdes, l'ovogenèse un seul ovocyte et des globules polaires. La méiose est la source de la diversité génétique : le brassage intrachromosomique par crossing-over recombine les allèles sur un même chromosome, et le brassage interchromosomique résulte de l'orientation aléatoire des bivalents en métaphase I (223 combinaisons possibles chez l'homme, avant même la fécondation). Une non-disjonction en anaphase I ou II produit des gamètes aneuploïdes : la trisomie 21 en est la conséquence la plus fréquente.
| Mitose | Méiose | |
|---|---|---|
| Cellules concernées | Somatiques | Germinales (gonades) |
| Nombre de divisions | 1 | 2 (une seule réplication) |
| Cellules produites | 2, identiques, 2n | 4, différentes, n |
| Appariement des homologues | Non | Oui (prophase I), crossing-over |
| Anaphase | Séparation des chromatides | I : homologues ; II : chromatides |
| Rôle | Croissance, renouvellement | Gamètes, brassage génétique |
Mitose et méiose : le tableau à connaître par cœur
- Cycle : G1 → S (réplication, 1 → 2 chromatides) → G2 → M ; G0 = sortie du cycle ; contrôle par cyclines-CDK et checkpoints (p53, MPF).
- Mitose : prophase, prométaphase, métaphase (plaque équatoriale), anaphase (séparation des chromatides), télophase ; 2n → 2n.
- Cytodiérèse : anneau contractile d'actine-myosine chez l'animal, plaque cellulaire et phragmoplaste chez le végétal.
- Méiose I réductionnelle : homologues appariés en prophase I (crossing-over au pachytène), séparés en anaphase I ; 2n → n.
- Méiose II équationnelle : sépare les chromatides ; 4 cellules haploïdes au total.
- Deux brassages : intrachromosomique (crossing-over) et interchromosomique (métaphase I) ; non-disjonction → trisomie 21.
Le tableau mitose / méiose et l'identification d'une phase sur un schéma (métaphase avec plaque équatoriale, anaphase I avec homologues, anaphase II avec chromatides) tombent presque chaque session. On te demande souvent de compter chromosomes et chromatides à chaque étape : retiens que la quantité d'ADN double en S, est divisée par deux en anaphase I puis encore en anaphase II. Piège classique : affirmer que les chromatides se séparent en anaphase I, ou oublier que la méiose ne comporte qu'une seule réplication.