Notions de base en génétique/Mitose et méiose

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Il existe deux types de division cellulaire dans le monde vivant :

• la mitose, qui assure la naissance de cellules identiques à la cellule mère lors de la multiplication asexuée ;
• la méiose, qui aboutit à la production de cellules sexuelles ou gamètes pour la reproduction.

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Il est important de bien comprendre où et comment interviennent ces deux types de division cellulaire. En effet, elles sont l’occasion pour la cellule de léguer son patrimoine génétique, nous permettant ainsi de comprendre la transmission de certaines maladies génétiques. Tout comme, des dysfonctionnements dans leurs mécanismes peuvent en entraîner l'apparition.

Mitose

La mitose est une division cellulaire « asexuée ». On entend par là qu'elle consiste juste en une division d'une cellule mère en deux cellules filles, qui hériteront exactement du même patrimoine génétique. Tout comme le cycle cellulaire, la mitose est elle-même divisée en plusieurs étapes, qui correspondent à plusieurs états observables de la cellule pendant sa mitose. Fait important à signaler, les chromosomes n'apparaissent que pendant la mitose (et la méiose), pendant l'interphase les filaments de chromatides ne sont pas aussi condensés que dans un chromosome et bien que le matériel génétique soit effectivement présent les chromosomes n'apparaissent pas.

La mitose se divise en quatre étapes :

Prophase.

Métaphase.

• Prophase

C'est lors de cette phase que l’ADN se condense sous forme de chromosomes. Tous les filaments de chromatine (les molécules d'ADN) ont été dupliqués pendant la phase S de l'interphase. Chaque chromosome est donc constitué de deux filaments de chromatide (deux molécules d'ADN) identiques reliés entre eux par le centromère. C'est aussi durant cette phase que l'enveloppe nucléaire se désagrège.

Chromatide

Une chromatide est une unité structurale d'ADN, constituant un chromosome dans le noyau de la cellule eucaryote.

Centromère

Le centromère est la partie du chromosome qui sert à relier les deux chromatides sœurs entre elles.

Anaphase

Télophase.

• Métaphase

C'est alors que se produit le rassemblement des chromosomes condensés à l'équateur de la cellule pour former la plaque équatoriale (située à mi-chemin des pôles). On observe que les chromosomes sont alignés selon leur centromère.

• Anaphase

Pendant cette phase très rapide, les chromatides sœurs se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule.

• Télophase

C'est la dernière phase de la mitose, les chromatides sont maintenant aux deux pôles opposés de la cellule et celle-ci commence à se scinder en deux. Deux enveloppes nucléaires se forment autour des chromatides qui commencent à se décondenser.

Ensuite, la cellule termine de se diviser complètement en deux cellules filles, on parle de cytodiérèse. À la fin de la mitose, on obtient donc deux cellules filles, ayant chacune le même génome que la cellule mère. Le cycle cellulaire peut alors reprendre, les cellules filles entrent en phase G1, grandissent, puis passent par la phase S, répliquent leurs ADN, etc.

Méiose

La méiose, n'a pas du tout la même fonction que la mitose, elle doit aboutir à la reproduction sexuée (production des gamètes), ce qui sous-entend brassage génétique, favorable à la stabilité de l'espèce, et forme des gamètes, cellules n'ayant plus qu'une moitié de génome.

Pendant la méiose ont lieu successivement deux divisions et le brassage des chromosomes est à la fois interchromosomique et intrachromosomique et cela en partant d'une cellule diploïde pour aboutir à la formation de quatre gamètes haploïdes.

Le processus se divise ainsi :

1. Division réductionnelle
   1. Prophase
   2. Métaphase
   3. Anaphase
   4. Télophase
2. Division équationnelle

• La première division de la méiose est identique à une mitose sauf que l’on observe un phénomène supplémentaire pendant la prophase I : le crossing-over. Les chromosomes homologues (d'une même paire) se chevauchent et échangent des fragments de chromatides. Le résultat en est le brassage intra-chromosomique des allèles : tous les gènes situés sur une paire de chromosomes peuvent être brassés grâce au crossing-over, ce qui modifie l'association d'allèles portée par chacun des chromosomes. Ainsi, les deux chromosomes de chaque paire après la méiose sont différents des deux chromosomes de départ, ayant chacun une chromatine inchangées et une recombinée. Le point de chevauchement des deux chromatides se nomme chiasmas, c’est en ce point que le chromosome homologue coupera sa chromatine et ajoutera celle de son homologue.

Les chromosomes noir et rouge sont homologues, après le crossing-over, on observe un échange des allèles présents sur les chromosomes aboutissant à de nouvelles combinaisons.

Le reste de la division est strictement identique à la mitose et on forme donc deux cellules haploïdes à n chromosomes à deux chromatides. On parle de ce fait de division de méiose réductionnelle. Le brassage génétique qui a lieu lors de la méiose est donc à la fois intra-chromosomique, lors du crossing-over et inter-chromosomique, du fait du comportement indépendant des différentes paires de chromosomes en métaphase I de méiose.

Crossing-over

Phénomène génétique de la méiose, où les deux chromosomes de chaque paire se rapprochent et se brisent au même niveau de la séquence génétique, pour ensuite échanger les fragments résultants.

Chiasmas

Points de chevauchement de deux chromatides, observables en microscopie.

• La deuxième division est semblable à une mitose, sauf qu'ici la cellule est haploïde. Ce ne sont pas des paires de chromosomes qui viennent s'aligner sur la plaque équatoriale, mais simplement un exemplaire de chaque forme de chromosome (à deux chromatides chacun). À l'issue de cette deuxième division, on a donc deux cellules à n chromosomes, d'une chromatide chacun. On parle pour cette division de méiose équationnelle.

La méiose partant d'une cellule diploïde, dont les formes de chromosome sont à deux exemplaires, donne donc deux cellules haploïdes dont les chromosomes ont toujours deux chromatides chacun en fin de première division, puis quatre cellules haploïdes dont les chromosomes sont à une chromatide chacun, en fin de deuxième division : les cellules diploïdes donnent par la méiose des cellules haploïdes. De plus elle permet un important brassage génétique des gènes, qui permet de s'assurer que les gamètes sont tous uniques. Ce brassage contribue à la diversité génétique de l'espèce, qui est aussi le fait de la rencontre au hasard des gamètes.

Importance du brassage génétique: celui ci est déjà très grand lors de la méiose, en effet les combinaisons possibles lors du brassage intra-chromosomique et inter-chromosomique sont énormes, mais il le devient encore plus quand on reforme une cellule diploïde à partir de deux gamètes (tout deux haploïdes) lors de la fécondation. Chaque individu est donc en possession d'une moitié de génome de son père et d'une moitié de sa mère (du fait de la réunion des deux cellules haploïdes), ce qui contribue à le rendre unique !

D'un point de vue plus large, c’est ce brassage génétique qui permet à une espèce de survivre. En effet, les individus d'une espèce les mieux adaptés à leur environnement survivront le plus, c’est la sélection naturelle. Donc chez une espèce, plus le brassage génétique est grand, plus elle a de chance de comporter des individus ayant « les bons gènes » pour survivre, et donc plus ceux-ci seront aptes à survivre dans leurs milieu, se reproduire et perpétuer l'espèce...

Lors de la fécondation, la diploïdie est donc rétablie dans l'œuf. Cependant, si durant l'anaphase certains chromosomes de même taille ne peuvent pas se séparer, ils se retrouvent dans une même gamète. Le caryotype de l'œuf ainsi engendré sera alors anormal à cause de la trisomie (3 chromosomes dans une cellule), ce qui est à la base d'une maladie héréditaire chez les sujet atteints.