Qu'est-ce que la cytokinèse et comment est-elle produite?

La cytokinèse est le processus de division du cytoplasme d'une cellule qui aboutit à deux cellules filles au cours du processus de division cellulaire.

Il se produit à la fois dans la mitose et dans la méiose et est commun dans les cellules animales. Dans le cas de certaines plantes et de certains champignons, la cytokinèse n’a pas lieu, car ces organismes ne divisent jamais leur cytoplasme. Le cycle de reproduction cellulaire aboutit à la partition du cytoplasme par le processus de cytokinèse.

Dans une cellule animale typique, la cytokinèse se produit pendant le processus de mitose. Cependant, certains types de cellules, telles que les ostéoclastes, peuvent subir le processus de mitose sans qu'une cytokinèse n'ait lieu (Biology-Online.org, 2017). ).

Le processus de cytokinèse commence au cours de l'anaphase et se termine au cours de la télophase, se déroulant complètement au moment où l'interface suivante commence.

Le premier changement visible de cytokinèse dans les cellules animales devient évident quand un sillon en division apparaît à la surface de la cellule. Ce sillon devient rapidement plus prononcé et s'étend autour de la cellule jusqu'à ce que la partie se trouve complètement au milieu.

Dans les cellules animales et de nombreuses cellules eucaryotes, la structure qui accompagne le processus de cytokinèse est appelée "anneau contractile", un ensemble dynamique composé de filaments d'actine, de filaments de myosine II et de nombreuses protéines structurelles et régulatrices. Il est installé sous la membrane plasmique de la cellule et se contracte pour le diviser en deux parties.

Le plus gros problème qu'une cellule qui subit le processus de cytokinèse doit affronter est l'assurance que ce processus se produit au bon moment et au bon endroit. Depuis, la cytokinèse ne doit pas se produire tôt au cours de la phase de mitose, sinon elle peut interrompre la division correcte des chromosomes.

Épines mitotiques et division cellulaire

Les fuseaux mitotiques dans les cellules des animaux ne sont pas les seuls responsables de la séparation des chromosomes obtenus, ils spécifient également l'emplacement de l'anneau contractile et donc le plan de la division cellulaire.

L'anneau contractile a une forme invariable dans le plan de la plaque en métaphase. Lorsqu'il est à l'angle correct, il s'étend le long de l'axe du fuseau mitotique, garantissant ainsi la division entre les deux ensembles de chromosomes séparés.

La partie du fuseau mitotique qui spécifie le plan de la division peut varier en fonction du type de cellule. Les scientifiques ont largement étudié la relation entre les micro-tubes du fuseau et l’emplacement de l’anneau contractile.

Celles-ci ont manipulé des œufs fécondés d’animaux vertébrés marins dans le but d’observer la vitesse à laquelle les rainures apparaissent dans les cellules sans que le processus de croissance ne soit interrompu (Guertin, Trautmann et McCollum, 2002).

Lorsque le cytoplasme est dégagé, le fuseau est plus facilement visible, ainsi que le moment en temps réel dans lequel il se trouve dans une nouvelle position au début de l'état anaphase.

Division asymétrique

Dans la plupart des cellules, la cytokinèse a lieu symétriquement. Chez la plupart des animaux, par exemple, l'anneau contractile est formé autour de la ligne d'équateur de la cellule mère, de sorte que les deux cellules filles résultantes ont la même taille et des propriétés similaires.

Cette symétrie est possible grâce à l'emplacement du fuseau mitotique, qui a tendance à se focaliser sur le cytoplasme à l'aide des microtubules astraux et des protéines qui les tirent d'un côté à l'autre.

Dans le processus de cytokinèse, il existe de nombreuses variables qui doivent fonctionner de manière synchrone pour réussir. Cependant, lorsque l'une de ces variables change, les cellules peuvent être divisées de manière asymétrique, produisant deux cellules filles de tailles différentes et présentant un contenu cytoplasmique différent (Education, 2014).

Habituellement, les deux cellules filles sont destinées à se développer différemment. Pour que cela soit possible, la cellule mère doit séparer certains composants déterminants de la destination sur un côté de la cellule, puis localiser le plan de division de sorte que la cellule fille indiquée hérite de ces composants au moment de la division.

Pour positionner la division de manière asymétrique, le fuseau mitotique doit être déplacé de manière contrôlée dans la cellule sur le point de se diviser.

Apparemment, ce mouvement du fuseau est provoqué par des changements dans les zones régionales du cortex cellulaire et par des protéines localisées qui aident à déplacer l'un des pôles du fuseau à l'aide des microtubules astraux.

Anneau contractile

Au fur et à mesure que la réponse physique des micro-tubes astraux devient plus longue et moins dynamique, l'anneau contractile commence à se former sous la membrane plasmique.

Cependant, une grande partie de la préparation à la cytokinèse a lieu plus tôt dans le processus de mitose, même avant que le cytoplasme ne commence à se diviser.

Au cours de l'interface, les filaments d'actine et de myosine II se combinent et forment un réseau cortical. Même dans certaines cellules, ils génèrent de grands faisceaux cytoplasmiques appelés fibres de stress.

Dans la mesure où une cellule initie le processus de mitose, ces arrangements sont désarmés et une grande partie de l'actine est réarrangée et les filaments de myosine II sont libérés.

Dans la mesure où les chromatides se séparent pendant l'anaphase, la myosine II commence à s'accumuler rapidement pour créer l'anneau contractile. Même dans certaines cellules, il est nécessaire d'utiliser des protéines de la famille des kinases pour réguler la composition du fuseau mitotique et du cycle contractile.

Lorsque l'anneau contractile est complètement armé, il contient de nombreuses protéines différentes à l'actine et à la myosine II. Les matrices superposées des filaments bipolaires d'actine et de myosine II génèrent la force nécessaire pour diviser le cytoplasme en deux parties, selon un processus similaire à celui effectué par les cellules musculaires lisses (Rappaport, 1996).

Cependant, la manière dont la bague contractile se contracte reste un mystère. Apparemment, il ne fonctionne pas en raison d'un mécanisme de cordon avec des filaments d'actine et de myosine II se déplaçant l'un sur l'autre, comme le feraient les muscles squelettiques.

Depuis, lorsque l’anneau se contracte, il conserve la même rigidité tout au long du processus. Cela signifie que le nombre de filaments diminue dans la zone de fermeture de l'anneau (Alberts, et al., 2002).

Distribution des organites dans les cellules filles

Le processus de mitose doit garantir que chacune des cellules filles reçoive le même nombre de chromosomes. Cependant, lorsqu'une cellule eucaryote se divise, chaque cellule fille doit également hériter d'une série de composants cellulaires essentiels, y compris les organelles enfermées dans la membrane cellulaire.

Les organites cellulaires tels que les mitochondries et les chloroplastes ne peuvent pas être générés spontanément à partir de leurs composants individuels, ils ne peuvent provenir que de la croissance et de la division d'organites préexistants.

De même, les cellules ne peuvent pas fabriquer de nouveau réticulum endoplasmique, à moins qu’une partie de celui-ci ne soit présente dans la membrane cellulaire.

Certaines organelles telles que les mitochondries et les chloroplastes sont présentes en grand nombre dans la cellule mère, afin de garantir que les deux cellules filles en héritent avec succès.

Le réticulum endoplasmique au cours de la période d'interface cellulaire est continuellement retrouvé avec la membrane cellulaire et est organisé par le micro-tube cytosquelettique (Brill, Hime, Scharer-Schuksz et Fuller, 2000).

Après être entré dans la phase de mitose, la réorganisation des microtubules libère le réticulum endoplasmique, qui est fragmenté au point de rompre également l'enveloppe centrale. L'appareil de Golgi est probablement aussi fragmenté, bien que dans certaines cellules, il semble être distribué à travers le réticulum pour émerger plus tard dans la télophase.

Mitose sans cytokinèse

Bien que la division cellulaire soit généralement suivie de la division du cytoplasme, il existe quelques exceptions. Certaines cellules passent par plusieurs processus de division cellulaire sans division du cytoplasme.

Par exemple, l'embryon de la mouche des fruits passe par 13 étapes de division nucléaire avant la division cytoplasmique, ce qui donne une grande cellule contenant jusqu'à 6000 noyaux.

Cet arrangement vise principalement à accélérer le processus de développement précoce, car les cellules n'ont pas à mettre autant de temps à franchir toutes les étapes de la division cellulaire impliquées dans la cytokinèse.

Après cette division nucléaire rapide, les cellules sont créées autour de chaque noyau dans un processus unique de cytokinèse, appelé célurisation. Les anneaux contractiles se forment à la surface des cellules et la membrane plasmique s’allonge vers l’intérieur et s’ajuste pour renfermer chaque noyau.

Le processus de mitose sans cytokinèse se produit également dans certains types de cellules de mammifères, telles que les ostéoclastes, les trophoblastes et certains hépatocytes et cellules du muscle cardiaque. Ces cellules, par exemple, se développent de manière multinucléaire, comme le feraient certains champignons ou la mouche des fruits (Zimmerman, 2012).