Par Dianne Hermance | Mis à jour le 24 mars 2022
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Dans les cellules eucaryotes, la mitose produit des cellules filles identiques tandis que la méiose génère des gamètes génétiquement distincts. Les deux processus reposent sur une ségrégation précise des chromosomes, une tâche effectuée par l'appareil du fuseau et ses attaches aux chromosomes.
Les microtubules kinétochores et non kinétochores diffèrent structurellement et fonctionnellement, mais ils coopèrent pour assurer une distribution précise de l'ADN pendant la division cellulaire.
La mitose fournit de nouvelles cellules pour la croissance, la réparation et la reproduction asexuée. Une cellule parent unique se divise en deux filles génétiquement identiques en divisant son noyau et ses chromosomes.
Les humains contiennent 23 paires de chromosomes, chacune stockée sous forme de deux chromatides sœurs reliées au centromère. Le maintien du nombre de chromosomes pendant la division est essentiel à la stabilité génomique.
La division cellulaire est régie par l'interphase (G1, S, G2) et la mitose, qui commence par la prophase. Pendant la prophase, la chromatine se condense en chromatides sœurs, le nucléole se dissout et l'appareil fusiforme se forme à partir de microtubules.
S'ensuit une prométaphase, au cours de laquelle les fragments de l'enveloppe nucléaire et les microtubules du fuseau s'attachent aux kinétochores au niveau des centromères. En métaphase, les chromosomes s'alignent au niveau de la plaque métaphasique et les microtubules du fuseau atteignent les pôles opposés.
Pendant l'anaphase, les chromatides sœurs se séparent et sont tirées vers les pôles opposés par les microtubules associés aux kinétochores. Les microtubules non kinétochores contribuent au mouvement des chromosomes et à l'élongation du fuseau.
La télophase restaure les enveloppes nucléaires autour de chaque ensemble de chromosomes, et la cytokinèse complète le processus en divisant le cytoplasme.
Un kinétochore est un vaste complexe multiprotéique qui s’assemble sur le centromère de chaque chromosome. Décrit pour la première fois par Walther Flemming en 1880, le kinétochore fonctionne comme un site d'attache pour les microtubules du fuseau et un point de contrôle pour l'alignement correct des chromosomes.
Malgré les variations d'ADN spécifiques à l'espèce, l'architecture du kinétochore est hautement conservée, soulignant son rôle fondamental dans la mitose.
Les kinétochores sont des plates-formes structurées et riches en protéines qui relient l'ADN chromosomique et les microtubules, tandis que les microtubules non kinétochores sont des polymères dynamiques qui facilitent la formation du fuseau et le mouvement des chromosomes. Le premier ancre les chromosomes; cette dernière fournit la force mécanique nécessaire à la ségrégation.
Les kinétochores agissent comme des ensembles moteurs microscopiques, convertissant la dynamique des microtubules en mouvement dirigé des chromosomes. Ils servent également de points de contrôle de qualité ; les erreurs d'attachement déclenchent la phosphorylation médiée par l'AuroraB kinase, interrompant la progression vers l'anaphase jusqu'à ce qu'elle soit corrigée.
La variante d'histone CENP-A nuclée la chromatine centromérique, recrutant CENP-C et d'autres protéines kinétochores internes. Le kinétochore externe, contenant le complexe Ndc80, engage directement les microtubules.
Pendant la mitose, le kinétochore subit un assemblage et un démontage rapides, régulés par des événements de phosphorylation. Le complexe Ndc80 ancre les microtubules, permettant au kinétochore de « danser » avec les extrémités dynamiques des microtubules.
Les protéines motrices telles que la kinésine et la dynéine améliorent le mouvement des chromosomes, tandis que la dépolymérisation des microtubules au niveau des kinétochores génère des forces de traction qui séparent les chromatides.
Les kinétochores surveillent la fidélité des attaches. AuroraB kinase détecte les liaisons microtubules-kinétochore inappropriées et phosphoryle les protéines associées, conduisant à des tentatives de détachement et de réattachement. Des complexes comme Pcs1/Mde4 empêchent en outre les erreurs d'attachement à proximité des centromères.
Lorsque les erreurs persistent, le point de contrôle de l'assemblage du fuseau retarde le début de l'anaphase, ce qui laisse le temps de corriger et de sauvegarder l'intégrité génomique.
Les recherches en cours continuent d'éclairer la chorégraphie moléculaire de l'assemblage et de la fonction du kinétochore. Les progrès de la cryomicroscopie électronique et de l'imagerie des cellules vivantes promettent une compréhension plus approfondie des mécanismes de ségrégation des chromosomes au cours de la mitose et de la méiose.
En démêlant ces processus, les scientifiques visent à découvrir des cibles thérapeutiques pour les maladies liées à une mauvaise ségrégation chromosomique, telles que le cancer et les syndromes d'aneuploïdie.