Biologie · Chapitre 4 · Fiche 1/5

Pourquoi une cellule se divise : le cycle cellulaire et ses freins

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L'idée de départ. Toute cellule naît d'une autre cellule, par division. Une cellule qui se divise donne 2 cellules filles. Mais avant de se couper en deux, elle doit d'abord grandir et surtout recopier tout son ADN — sinon chaque fille recevrait la moitié du mode d'emploi. Cette suite ordonnée « grandir $\rightarrow$ recopier $\rightarrow$ se diviser $\rightarrow$ recommencer » s'appelle le cycle cellulaire. Cette fiche répond à quatre questions : qui se divise, quand, comment le cycle est contrôlé, et ce qui se passe quand le contrôle lâche (le cancer).

1Qui se divise, quand et pourquoi ?

Une cellule se divise pour deux grandes raisons : soit pour reproduire l'organisme entier, soit pour le construire et l'entretenir. Ces deux raisons correspondent aux deux grands modes de reproduction du vivant.

La reproduction asexuée : fabriquer des clones

Définition1.1Reproduction asexuée

Mode de reproduction impliquant un seul parent. Les descendants sont génétiquement identiques au parent (et entre eux) : ce sont des clones.

Le mécanisme de division dépend du type de cellule :

Scissiparité (ou fission binaire) chez les procaryotes (bactéries). La cellule copie son unique ADN circulaire, s'allonge, puis se coupe en deux au niveau d'une cloison, le septum.
Mitose chez les eucaryotes unicellulaires (levure, amibe…). C'est le même mécanisme que celui qui fait grandir notre corps, mais utilisé ici pour reproduire l'individu entier.

RemarqueD'où vient alors la diversité ?

Puisque les descendants sont des clones, la seule source de différence entre eux est la mutation : une modification accidentelle de la séquence de l'ADN, transmise ensuite aux cellules filles. Pas de mutation $\Rightarrow$ pas de nouveauté génétique.

Deux mécanismes, un même résultat : deux cellules filles génétiquement identiques au parent. Le détail des phases de la mitose est traité en fiche 4-2.

ExempleLa bactérie Escherichia coli

Dans l'intestin, E. coli se divise par scissiparité toutes les 20 min environ quand les conditions sont idéales. Une seule bactérie donne donc une colonie de clones. Si l'une d'elles acquiert par mutation un gène de résistance à un antibiotique, toute sa descendance sera résistante : voilà pourquoi, en médecine, une résistance apparue chez une seule bactérie peut envahir une population entière.

La reproduction sexuée : la mitose fait grandir et répare

Chez les eucaryotes pluricellulaires (dont l'être humain), la reproduction est sexuée (elle fait intervenir deux parents et la méiose — voir fiches suivantes). Mais une fois la première cellule formée, c'est encore la mitose qui fait tout le reste du travail, dans deux situations :

La croissance : de la première cellule (le zygote) jusqu'à l'adulte, en passant par l'embryon puis le fœtus. Une seule cellule de départ devient les $\sim 3,7\times10^{13}$ cellules d'un adulte, uniquement par mitoses successives.
Le renouvellement cellulaire : remplacer en permanence les cellules usées ou perdues. Exemples : cicatrisation d'une blessure, réparation d'une fracture, renouvellement de l'épiderme (la peau se refait sans arrêt), multiplication des globules blancs lors d'une infection.

ExemplePourquoi votre numération de globules blancs monte en cas d'infection

Face à une infection, l'organisme a besoin de plus de défenseurs. Les globules blancs reçoivent le signal de se diviser par mitose : leur nombre grimpe rapidement dans le sang. C'est exactement ce que mesure une prise de sang (« hyperleucocytose ») et c'est un indice précieux du diagnostic.

Certaines cellules ne se divisent plus

Toutes les cellules ne se divisent pas indéfiniment. Certaines, une fois différenciées, quittent le cycle et n'en sortent plus : on dit qu'elles entrent en phase G0 (un état de repos / non-division, détaillé plus loin).

AttentionLe cas des neurones

Les neurones adultes ne se divisent quasiment plus (ils sont en G0). Conséquence médicale majeure : en cas de lésion de la moelle épinière, les neurones détruits ne sont pas remplacés $\Rightarrow$ la paralysie est le plus souvent définitive. À l'inverse, une cellule de peau, elle, se renouvelle sans problème. La capacité (ou non) à se diviser change tout au pronostic d'une lésion.

2Le cycle cellulaire : définition et déroulement

Définition2.1Cycle cellulaire

Ensemble ordonné des étapes qui constituent la vie d'une cellule, depuis sa formation par division de sa cellule mère jusqu'à sa propre division en 2 cellules filles.

Le cycle comprend 2 phases qui se succèdent en alternance :

L'interphase — la période entre deux divisions. C'est la plus longue : la cellule y vit, grandit et se prépare. Elle se subdivise en 3 sous-phases :
- G1 (Gap 1) : croissance de la cellule (elle grossit, fabrique ses protéines et ses organites).
- S (Synthèse) : réplication de l'ADN. Chaque chromosome est recopié à l'identique. C'est ici, et nulle part ailleurs, que l'ADN est dupliqué.
- G2 (Gap 2) : croissance finale et préparation de la mitose (vérifications, synthèse des dernières protéines nécessaires à la division).
La phase M (phase mitotique) — la division proprement dite. Elle comprend 2 événements distincts :
- la mitose : séparation des 2 copies d'ADN dans 2 noyaux distincts (elle-même découpée en prophase, prométaphase, métaphase, anaphase, télophase — voir fiche 4-2) ;
- la cytocinèse : division du cytoplasme, qui achève la coupure en 2 cellules filles.

La roue du cycle cellulaire. Elle tourne toujours dans le même sens ; depuis G1, une cellule peut sortir de la roue vers G0.

AttentionTrois pièges classiques de concours

Mitose $\neq$ cycle cellulaire. La mitose n'est qu'une phase du cycle (la phase M) ; le cycle inclut aussi toute l'interphase.
Mitose $\neq$ cytocinèse. Ce sont deux événements : la mitose partage l'ADN en 2 noyaux, la cytocinèse partage le cytoplasme. On peut avoir une mitose sans cytocinèse (cellules à plusieurs noyaux, ex. fibre musculaire).
L'ADN est répliqué en phase S, pas pendant la mitose. En mitose, l'ADN déjà copié est seulement réparti, jamais fabriqué.

Combien de temps dure un cycle ?

La durée totale d'un cycle est très variable selon le type de cellule (une cellule de peau se divise vite, une cellule de foie très lentement). On retient des ordres de grandeur.

Formule2.1Durées repères d'un cycle cellulaire (cellule humaine typique)

$T_{\text{cycle}} \approx{}$ $24\text{ à }32\,\mathrm{h}$ • $T_{S} \approx{}$ $6\text{ à }8\,\mathrm{h}$ • $T_{M}={}$ la plus courte

où :

$T_{\text{cycle}}$ : durée d'un tour complet de la roue. Ordre de grandeur $24\text{ à }32\,\mathrm{h}$ pour une cellule humaine « moyenne » en division active.
$T_{S}$ : durée de la phase S (réplication) — environ $6\text{ à }8\,\mathrm{h}$ . La copie de tout l'ADN prend du temps.
$T_{M}$ : durée de la phase M — c'est la plus courte du cycle (souvent moins d'une heure). Diviser va vite ; c'est se préparer à diviser qui est long.

Le graphique ci-dessous suit la quantité d'ADN d'une cellule tout au long du cycle. C'est le meilleur moyen de voir quand l'ADN est copié.

La quantité d'ADN reste stable ( $Q$ ) en G1, double pendant la seule phase S ( $Q\!\to\!2Q$ ), reste à $2Q$ en G2 et pendant la mitose, puis retombe à $Q$ dans chaque fille après la cytocinèse.

RemarqueLire le palier « $2Q$ »

Entre la fin de S et la fin de la mitose, la cellule contient le double d'ADN ( $2Q$ ) : chaque chromosome est fait de 2 chromatides sœurs identiques, encore accrochées. La mitose ne fait que séparer ces deux copies — elle n'en fabrique aucune. La quantité par cellule ne redescend à $Q$ qu'une fois les deux filles séparées.

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3. La régulation : les points de contrôle et la sortie en G0
4. Quand le contrôle lâche : le cancer
5. Méthode : calculer la durée d'un cycle

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