II - Transmission de l'information génétique au cours d'une division cellulaire
Dans un organe en plein développement, la multiplication des cellules est indispensable à la croissance des tissus (ex : au niveau des méristèmes des racines des végétaux ; voir chapitre I.4). Ainsi, les cellules issues les unes des autres par divisions successives possèdent toutes la même quantité d'ADN. Ces cellules, qui se divisent dans des conditions optimales (température, nutrition...), effectuent un cycle dont la longueur est constante pour un type de cellule donné.
Comment les deux cellules filles sont-elles amenées à posséder le même matériel génétique que la cellule mère ?
A. Les étapes du cycle cellulaire
Un cycle cellulaire, commun à toutes les cellules eucaryotes (animales et végétales), est subdivisé en deux phases successives, distinctes et essentielles:
L'interphase contenant trois phases dont une phase durant laquelle l'information génétique est copiée (= doublée) :
la phase G1 est la phase de croissance initiale et en général la phase la plus longue du cycle. L'information génétique est exprimée. La cellule peut ainsi réaliser la fonction qui la caractérise (ex : la photosynthèse pour une cellule chlorophyllienne, la contraction pour une cellule musculaire...).
la phase S (= synthèse) est caractérisée par un doublement progressif de la quantité d'ADN dans la cellule. L'ADN subit ainsi son auto-reproduction lors de cette phase. Cette phase est dite de réplication ou de duplication.
la phase G2, phase assez courte, est la nouvelle phase de croissance cellulaire pendant laquelle la cellule prépare sa division. L'ADN n'est alors que très peu exprimé et la cellule ne réalise pas sa fonction habituelle.
La mitose (du grec mitosis = filament) assurant la transmission et la séparation équitable de l'information génétique entre les deux cellules-filles issues des divisions. C'est un phénomène continu (durant de 30 à 180 minutes selon les cellules).
Il s'en découle que la quantité d'ADN au cours du cycle cellulaire doit évoluer pendant les différentes phases de la vie cellulaire. La chute instantanée de la quantité d'ADN correspond à la séparation de l'original et de sa copie.
B. Le mécanisme de la réplication de l'ADN
La mitose permet de transmettre la totalité de son information génétique, contenue dans son ADN, à chacune des deux cellules-filles. Par conséquent, avant de se diviser, une cellule doit doubler son ADN afin de posséder deux exemplaires identiques de son information génétique. Ce doublement précédant la division cellulaire s'effectue lors de la phase S de l'interphase selon un modèle dit « semi-conservatif » qui a été démontré par Meselson et Stahl (en 1958).
Le mécanisme de la réplication débute à plusieurs endroits par l'écartement de la chaîne d'ADN (par rupture des liaisons faibles reliant les bases), formant des « yeux de réplication » au sein desquels de nouveaux nucléotides libres présents dans le noyau (A, T, C ou G) se disposent de manière complémentaire sur les brins écartés. L'écartement des deux brins d'ADN et l'accrochage des nucléotides est sous la dépendance d'un complexe enzymatique comprenant essentiellement une ADN polymérase. Lorsque la totalité de la molécule a été copiée, les deux molécules issues de cette réplication possèdent chacune un brin provenant de la molécule mère et un brin néoformé avec des nucléotides nouveaux, d'où réplication de l'ADN sous un mode semi-conservatif.
Chaque molécule fille d'ADN est donc une réplique parfaite de la molécule mère.
C. La mitose, division cellulaire conservant l'information génétique
La division de la cellule mère en deux cellules filles et la séparation de tous ses constituants en quantités égales se fait en plusieurs phases successives dont l'ensemble s'appelle la mitose, reproduction conforme des cellules eucaryotes. Au cours de cette étape, l'organisation de la cellule se modifie notamment au niveau du noyau et du cytosquelette (= squelette cytoplasmique).
Chaque phase est essentiellement caractérisée par l'état des chromosomes et leur localisation dans la cellule. Dans un ordre chronologique, les étapes de la mitose sont :
La prophase : (du grec pro = avant) compaction de l'ADN en chromosomes visibles (formés de deux chromatides unies au niveau du centromère), disparition de l'enveloppe nucléaire, apparition d'un fuseau de microtubules (= fibres) constituant le fuseau de division (à partir des deux pôles de la cellule).
La métaphase : (du grec méta = transformation) regroupement de tous les chromosomes (étant dans un état de condensation maximale) sur un axe au centre de la cellule (plaque équatoriale). Les chromosomes peuvent alors s'attacher par leurs centromères aux microtubules du fuseau.
L'anaphase : (du grec ana = en haut) séparation brusque et synchrone des deux chromatides au niveau du centromère et migration en sens opposé de chacune des chromatides aux pôles de la cellule (déplacement facilité par le raccourcissement des microtubules du fuseau).
La télophase : (du grec telos = fin) regroupement des chromosomes à chaque pôle, début de décondensation des chromosomes pour revenir à l'état de chromatine diffuse, re-formation de l'enveloppe nucléaire et disparition du fuseau de division.
La division du noyau est alors terminée. Quelque soit la durée de la mitose, l'obtention de deux cellules filles, génétiquement semblables entre elles et semblables à la cellule mère, nécessite une division du cytoplasme (par simple étranglement pour des cellules animales) par formation d'une nouvelle membrane : c'est la cytodiérèse. Les deux cellules filles nouvellement obtenues entrent alors en interphase. Ainsi, le cycle de vie d'une cellule est donc une succession d'interphase et de mitose.
D. Contrôle du cycle cellulaire
Afin d'assurer le bon développement et le bon fonctionnement de l'organisme, les cycles cellulaires sont contrôlés. Des signaux déterminent les moments où une cellule va entrer en division et le passage d'une étape à une autre.
Si une cellule échappe à ce contrôle, elle peut-être à l'origine du développement incontrôlé d'un lot de cellules ; c'est le processus de cancérisation.
