La mitogenèse est un système complexe qui consiste au processus dont la finalité est d’amener à la mitose de la cellule. C’est le socle même du développement de l’organisme. Elle donne une explication aux moyens faisant que les cellules endommagées puissent se régénérer. D’un autre côté, elle explique également la manière dont l’organisme se développe. Le gène de la mitogenèse contrôle la prolifération cellulaire en produisant des mitogènes. Celles-ci sont des substances chimiques encourageant la cellule à commencer la division cellulaire.

L’importance de la division cellulaire

La division cellulaire correspond au mode de multiplication de toute cellule, lui permettant de se diviser. Ce processus est fondamental du fait que c’est de lui dont dépend la régénération de tout organisme. Chez les eucaryotes, on parle de deux types de division dont la mitose et la méiose, sur lesquels l’article qui suit va se pencher. Chez les procaryotes par contre, on parle plutôt de scissiparité. Généralement, des dérèglements survenus dans ce processus de division cellulaire sont à l’origine des tumeurs et des cancers.

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La mitose, finalité de la mitogenèse

De nombreuses personnes se sont sûrement demandées à un moment donné de leurs vies comment guérir d’une blessure, ou tout simplement comment devient-on adulte. La réponse se situe au niveau des cellules, principaux êtres vivants ayant pour rôle de remplir des fonctions vitales pendant qu’elles sont vivantes. Si certaines peuvent durer moins d’une journée, d’autres peuvent durer toute la vie, comme les neurones du cerveau. À l’origine, ces cellules sont créées par division cellulaire dans laquelle la mitose joue un rôle important.

Le rôle important de la mitose dans la division cellulaire

Loin d’être un processus réservé uniquement aux végétaux, la mitose est un processus commun à toutes les cellules eucaryotes. Ce sont les organismes vivants dont la majorité du matériel génétique est contenu dans un noyau constitué par une enveloppe nucléaire. Les eucaryotes s’opposent aux procaryotes.

En effet, la mitose permet aux cellules de se créer des copies identiques appelées cellules filles. Aussi bien les cellules mères que les cellules filles possèdent les mêmes 23 paires de chromosomes. On dit qu’elles sont diploïdes. De façon générale, la mitose a deux principales fonctions chez l’humain qui ne sont autres que la croissance et la régénération. La croissance consiste à la multiplication du nombre de cellules dans l’organisme. Quant à la régénération cellulaire, elle permet de remplacer des cellules mortes de la peau en en créant de nouvelles.

L’interphase

Avant la mitose, les cellules passent tout d’abord par l’interphase qui dure environ 90% de la vie d’une cellule. La mitose n’occupe que les 10%. L’interphase comprend trois étapes notamment :

  •    La phase G1 correspondant à la préparation de la cellule pour la division en augmentant sa masse ;
  •    La phase S dans laquelle la cellule condense plus d’ADN ;
  •    Et la phase G2 où la cellule condense les protéines pendant qu’elle poursuit sa croissance.

Les étapes de la mitose

Bien que la mitose soit un processus continu, on la divise en quatre phases qui sont respectivement : la prophase, la métaphase, l’anaphase et la télophase. Ces étapes suivent l’interphase. L’acronyme PMAT peut aider pour s’en souvenir.

La prophase

Au niveau de la prophase, le noyau de la cellule est toujours présent mais le nucléole disparaît. Il s’agit de l’enveloppe contenant le matériel génétique à l’intérieur du noyau. Les centrosomes, constitués de centrioles et de microtubules, se déplacent aux extrémités de la cellule dont chacune est appelée pôle.

La métaphase

Au début de la métaphase, la membrane du noyau commence à se désagréger. Les fuseaux attirent les chromosomes au milieu de la cellule, formant ainsi la plaque équatoriale.

L’anaphase

C’est à ce niveau que le fuseau mitotique se contracte et que les deux moitiés des chromosomes s’éloignent l’un de l’autre, créant des chromosomes filles. La cellule commence alors à s’allonger. La cytocinèse commence également à cette étape.

La télophase

La dernière phase de la mitose est représentée par la télophase au niveau duquel les chromosomes filles atteignent les pôles opposés de la cellule. Deux nouvelles membranes nucléaires commencent à se former tandis que la cellule continue de s’allonger et de se rétrécir au centre. De même, la télophase marque la fin de la cytocinèse. La cellule se désagrège au niveau du sillon de clivage, puis se divise en deux cellules filles identiques dont chacune avec son propre noyau et cytoplasme.

Le rôle du fuseau mitotique

Un fuseau constitué de microtubules s’organise au début de la mitose. C’est grâce à lui que les chromosomes peuvent constamment se déplacer le long du processus. En d’autres termes, ce fuseau est le moteur des mouvements chromosomiques.

La cytodiérèse ou partage du cytoplasme

On appelle cytodiérèse le partage du cytoplasme. Chez les cellules animales et végétales, les cellules ne suivent pas des processus strictement identiques. Les secondes sont munies d’une paroi rigide qui entoure la membrane plasmique.

Chez les végétaux, la séparation du cytoplasme s’accompagne de la construction d’une nouvelle paroi à l’équateur de la cellule. Chez les animaux, il suffit d’un simple étranglement du cytoplasme pour séparer les deux cellules filles. Le cytoplasme des deux cellules filles contient tous les organites qui sont responsables de la vie de la cellule.

Mitose ou méiose : quelle différence ?

Chez les eucaryotes, deux types de division cellulaire sont relevés notamment la mitose et la méiose. Tous les deux sont responsables de la croissance, du remplacement de cellules mortes ou de la formation des cellules sexuelles.

De manière spécifique, la mitose concerne les cellules somatiques. Elle assure la naissance de cellules identiques à la cellule mère pendant la multiplication asexuée. Le second type de division cellulaire, la méiose, aboutit à la production de cellules sexuelles ou gamètes pour la reproduction. Ce type de division cellulaire est beaucoup plus complexe par son nombre d’étapes et par le passage des cellules diploïdes (2n) à des cellules haploïdes (n).

Les différentes manières selon lesquelles se produit la mitogenèse

La mitogenèse peut se produire de manières différentes chez l’homme adulte et dans le cas des cultures in vitro. Dans la nature, les mécanismes se complètent. De façon générale, plus l’organisme est complexe, plus la mitose doit être réglée par des stimuli exogènes.

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La mitogenèse chez l’homme adulte

Chez l’homme adulte, elle se produit par des signaux moléculaires, souvent de nature protéique, entre les cellules. Ces signaux induisent la mitogenèse notamment lorsque l’organisme en a besoin. C’est le cas par exemple pendant la croissance et pendant la réparation des dommages.

Dans l’organisme adulte, la mitose est finement régulée par des stimuli principalement exogènes. Lors de l’embryogenèse par exemple, les cellules sont programmées par leur code génétique dans le but d’effectuer la mitose un certain nombre de fois.

Dans les cultures in vitro

Dans le cas des cultures in vitro selon lesquelles les cellules, eucaryotes ou procaryotes se multiplient afin d’occuper l’espace maximum permis par la présence de nutriments, la mitogenèse est activée par des stimuli endogènes. Celles-ci apportent la croissance spontanée jusqu’aux limites qu’impose l’environnement.

La communication des cellules

C’est de façon permanente que les cellules communiquent avec l’environnement. Grâce à de multiples récepteurs, qu’ils soient extracellulaires ou intracellulaires, elles captent des signaux qui proviennent soit de la matrice extracellulaire, soit des facteurs solubles.

Ces signaux sont traduits en messages compréhensibles de façon à permettre aux cellules de réagir et de produire une réponse adaptée. Dans de très nombreux processus, le cytosquelette de la cellule joue un rôle important. Tout en déterminant sa forme, il subit également des réarrangements qui coordonnent les protéines de la famille Rho dans des processus essentiels. Il peut s’agir de mitogenèse, de migration, d’invasion et d’adhésion.

L’activation des mitogènes et le cycle cellulaire

Les mitogènes déclenchent des voies de transduction du signal impliquant la protéine kinase activée. C’est ce qui conduit à la mitose. Ils peuvent stimuler la prolifération de nombreux types de cellules ou être spécifiques, tels que l’érythropoïétine. Celui-ci est le principal agent stimulant de l’érythropoïèse naturelle et le facteur stimulant la formation d’érythrocytes.

Comprendre le cycle cellulaire

L’action des mitogènes est telle qu’ils influencent un ensemble de protéines impliquées dans la restriction de la progression à travers le cycle cellulaire. Les mitogènes contrôlent directement le point de contrôle G1 ; pour continuer, la progression du cycle cellulaire ne nécessite pas de mitogènes. On parle dans ce dernier cas de point de restriction, il dépend des cyclines à transmettre.

Les mitogènes endogènes

Ces mitogènes endogènes sont utilisés car la division cellulaire, faisant office de contrôle, est une partie normale et nécessaire du cycle de vie des organismes multicellulaires. Chez le poisson-zèbre par exemple, un mitogène endogène Nrg1 est produit en tant que réponse à des indications de lésions cardiaques.

Son expression implique la réponse des couches externes du cœur en augmentant les taux de division et en produisant de nouvelles couches de cellules du muscle cardiaque. Elles sont essentielles en guise de remplacement des cellules endommagées.

Le potentiel délétère

Si le Nrg1 s’exprime en l’absence de lésions cardiaques, cela provoque une croissance incontrôlée des cellules cardiaques, ce qui par conséquent crée un cœur agrandi. De même, certains facteurs de croissance sont susceptibles d’agir directement en tant que mitogènes.

Ils provoquent ainsi la croissance en induisant directement la réplication cellulaire. Ce n’est cependant pas le cas pour tous les facteurs de croissance. Certains semblent provoquer indirectement des effets mitogéniques tels que la croissance, en déclenchant la libération d’autres mitogènes. C’est ce qu’en témoigne leur manque d’activité mitogène in vitro.

Lien entre mitogènes et cancer

Les mitogènes sont indispensables dans la recherche sur le cancer du fait de leurs effets sur le cycle cellulaire. En effet, l’on peut définir le cancer comme un manque ou un échec du contrôle dans le cycle cellulaire. Les mitogènes peuvent y contribuer notamment, en faisant avancer le cycle cellulaire lorsqu’un mécanisme quelconque l’empêche.

Dans des cellules normales, des mécanismes conçus pour empêcher la croissance incontrôlée des cellules aussi bien internes qu’externes corrigent ces conditions. On aboutit à l’apoptose dans la mesure où la cellule était incapable dans les cellules cancéreuses de contrôle la croissance des cellules, par un mécanisme ou un autre.

Le système MAPK

Le système Mitogen-activated protein kinase (MAPK) ou protéine kinase mitogène activée est un système particulièrement important dans la prolifération des cancers. Ces protéines, bien qu’elles aient des fonctions non liées à la mitogenèse, peuvent être déclenchées par des mitogènes et contrôlent le cycle cellulaire. Elles sont aptes à contrôler le cycle notamment pour encourager ou empêcher la croissance des cellules.

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Déclenchement de la voie MAPK

Cette voie peut être déclenchée par de nombreux ligands, parmi lesquels des hormones et des facteurs de croissance. Certains types de cancer ont une activité MAPK très élevée, ne se retrouvant pas dans les tumeurs mammaires bénignes. Une MAPK qui est surexprimée dans ces cellules facilite leur prolifération. On parle de cancers du sein hormono-dépendants du fait que l’activation MAPK est liée à l’exposition à l’œstradiol.

Les mitogènes en immunologie

Lorsqu’ils sont activés soit par des mitogènes, soit par des antigènes, les lymphocytes peuvent entrer en mitose. Lorsqu’elles rencontrent un antigène qui correspond à leur immunoglobuline, les cellules B peuvent spécifiquement se diviser. Quant aux cellules T, elles subissent une mitose quand elles sont stimulées par des mitogènes pour produire de petits lymphocytes.

Ces derniers sont responsables de la production de lymphokines, substances modifiant l’organisme hôte pour améliorer son immunité. Les cellules B d’autre part se divisent afin de produire des cellules plasmatiques lorsqu’elles sont stimulées par des mitogènes qui produisent alors des immunoglobulines ou des anticorps.

Utilisation des mitogènes

L’utilisation des mitogènes se fait souvent pour stimuler les lymphocytes et pour évaluer la fonction immunitaire. En médecine clinique de laboratoire, l’on utilise le plus souvent :

  •     La phytohémagglutinine (PHA) ;
  •    La concanavaline A (conA) ;
  •     Le lipopolysaccharide (LPS).

La toxine lipopolysaccharidique des bactéries Gram-négatives est indépendante du thymus, celles-ci pouvant directement activer les cellules B, indépendamment de leur spécificité antigénique. Ne peuvent subir de mitose, les cellules plasmatiques qui sont différenciées en phase terminale. Afin de produire plus de cellules mémoires ou de cellules B plasmatiques, les cellules B mémoire peuvent proliférer.

Ainsi, le fonctionnement de la mitogène est tel qu’il induit une mitose dans les lymphocytes B de la mémoire dans le but de les diviser. Certains deviennent des plasmocytes.

Sources et références :

https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/mitogenesis

https://www.jstor.org/stable/1693692?seq=1

https://hal.univ-lorraine.fr/hal-01738818/document

http://espace.inrs.ca/id/eprint/4918/1/B%C3%A9gin.pdf