Comment les cellules se multiplient-elles ?

Diviser = séparer en plusieurs parties Multiplier = reproduire, ajouter un nombre à lui-même une certain nombre de fois... Proliférer = se multiplier (reproduire) en grand nombre		Il n'est pas rare que l'on confonde division et multiplication des cellules. Mais utiliser le sens précis de ces mots est préférable. La division cellulaire au sens habituel donne deux cellules à partir d'une seule (et non pas deux demi-cellules); il ne s'agit pas d'un fractionnement en sous-unités mais d'une multiplication cellulaire: chaque cellule-fille est une cellule à part entière (1->2).		La multiplication cellulaire comprend un accroissement (d'une ou deux dimensions, du volume, de la masse - avec des phénomènes de duplication de structures ou de molécules -) puis une division qui est la séparation des différentes parties. Lorsque la multiplication est très active on parle de prolifération cellulaire.		La division peut être binaire (1->2 = dichotome selon les racines grecques) ou multiple (1-> n, n>2). La division peut être égale ou inégale.
		Cette partie ne traite pas de la question de façon exhaustive (cette question sera reprise en 1èreS) mais présente la division cellulaire dans un contexte élargi de la reproduction à la croissance - nutrition et à la croissance - développement. La question "comment" en biologie amène toujours la question "pourquoi" et nous n'hésiterons pas à proposer des réponses biologiques en nous appuyant sur les grandes fonctions du vivant.
Plan		1 - La multiplication des bactéries comprend une phase de croissance puis une phase de division (par scissiparité)
		2 - La multiplication bactérienne peut être considérée comme une multiplication de croissance de la colonie et non une reproduction
		3 - La prolifération des cellules eucaryotes peut avoir des finalités différentes 3.1 Se multiplier pour se développer (chez les pluricellulaires) 3.2 Se multiplier pour accroître la population ou assurer sa survie
		4 - Après s'être divisées, les cellules des pluricellulaires se différencient sauf les cellules souches qui restent indifférenciées

1- La multiplication des bactéries comprend une phase de croissance et une phase de division (division par scissiparité) film voir ci-dessous				Remarque: dans cette partie les courbes sont théoriques (certaines très hypothétiques...)
La durée de la division est quasiment fixe (20 min), c'est la phase de croissance qui varie selon les conditions de nutrition. Croissance = variation de la masse (ou du volume) / temps. Des données récentes ont prouvé que la bactérie n'était pas un cylindre, que les deux pôles n'avaient pas le même diamètre et que les flancs étaient incurvés.
scissiparité = division d'une cellule en deux par étranglement (formation d'un septum) puis scission (séparation) (ce mode de division s'oppose au bourgeonnement (excroissance d'une sphère de petite dimension) ou aux modalités de la cytodiérèse des cellules eucaryotes qui accompagnent la mitose, qui désigne plus précisément les phénomènes nucléaires)		Dans cette représentation la croissance est supposée régulière (croissance constante).
Le temps qui sépare deux divisions successives est d'abord appelé le cycle cellulaire ou encore le temps de génération C'est aussi le temps de doublement d'une population se reproduisant par scissiparité (division binaire).		Ces deux notions font référence à des phénomènes différents : - le cycle cellulaire suppose qu'une cellule donne naissance à une nouvelle cellule (ici deux); ce qui n'est pas évident si l'on regarde l'évolution de l'ADN pour de durées de "cycle" de 20 min. - le temps de génération suppose que la cellule corresponde à une génération complète (par comparaison avec la notion de génération chez l'homme : temps moyen au sein d'une population pour qu'un nouvel individu devienne capable de donner naissance à un autre individu) ; ce qui n'est pas évident si chaque cellule n'est pas un individu complet (voir ci-dessous).
+ Pour des temps de génération de 20 min, on peut supposer que la croissance et la division sont simultanées.
		La partie croissante de la courbe rouge est concomitante avec les phénomènes de préparation de la division depuis l'apparition d'un sillon de division (septum) jusqu'à la scission (partie verticale).
+ Lors de la phase de croissance les bactéries dupliquent leur ADN
		Seuls les accroissements de la quantité d'ADN ont été représentés. La quantité d'ADN de chaque cellule est divisée par deux lors de la division cellulaire (barre verticale bleue non représentée) (Pour des détails sur la réplication de l'ADN, voir les compléments du cours de 1èreS)		On considère habituellement que la durée de réplication de l'ADN est fixe : 40 min (quelles que soient les conditions de nutrition). Sachant qu'il faut encore qu'il s'écoule 20 min entre la fin de la réplication et la fin de la division, on atteint un temps de génération minimum de 60 min. Si l'on s'efforce de représenter l'évolution de la quantité d'ADN (que l'on superposera au schéma précédant) lorsque le temps de génération est de 180 min, il n'y a pas de problème particulier; si ce n'est que l'on ne sait pas trop où placer le début ou la fin de la réplication : Courbe pour un temps de génération de 180 min Il est encore facile de tracer cette courbe théorique dans le cas où le temps de génération est de 60 min: Courbe pour un temps de génération de 60 min Pour atteindre des durées de génération de 20 min il faut obligatoirement que croissance et division soient simultanées et surtout que l'ADN commence à se répliquer plusieurs fois au cours de ces 20 min, ce qui fait que l'on a une quantité d'ADN variable par cellule mais supérieure à 1 unité.
		En fait, il semblerait cependant que réplication de l'ADN et division soient considérés comme des phénomènes de plus en plus indépendants. Dans ce cas si l'on estime que le temps de réplication peut descendre à 20 min si plusieurs réplications ont lieu en même temps (la boucle d'ADN se réplique au moins 1,5 fois en 40 min), on arrive tout de même à une durée incompressible de 20 min en superposant la croissance et la division comme nous l'avons fait ci-dessus. On considère alors que la réplication, la croissance et la division sont simultanées. Mais ce n'est pas très convaincant.
On sait maintenant que les bactéries comme Escherichia coli contiennent en permanence de 4 à 6 exemplaires de leur matériel génétique.
		Hypothèse: Une solution possible serait que les chiffres des temps de génération nous soient donnés pour des populations et ne couvriraient alors que de brefs laps de temps. Pour visualiser l'évolution d'une population bactérienne , voir par exemple la page : http://lyon-sud. univ-lyon1.fr/bacterio/cours/ Croissance.html. Dans ce cas, pendant une phase de croissance lente de la population, les bactéries croissent en taille (s'allongent beaucoup) et répliquent leur ADN PLUSIEURS FOIS sans se diviser. puis pendant une seconde et brève phase exponentielle de croissance de la population, les bactéries "allongées et riches en ADN" se divisent rapidement avec une faible croissance. Dans ce cas le temps de génération minimal peut être de 20 min, mais rapidement il faut de nouveau une phase de croissance cellulaire. (voir figure, la répartition de l'ADN n'étant bien sûr pas égale entre les cellules filles)
En période d'abondance nutritionnelle, et après une phase de croissance plus importante, les divisions sont à peu près égales. En période de carence nutritionnelle, l'accroissement est réduit, les cellules de moindre taille et les divisions peuvent cesser.
		On remarquera que cette description de la multiplication cellulaire bactérienne ne prend pas en compte le niveau d'organisation supérieur à la cellule (la colonie). De nombreuses bactéries gardent en commun leur revêtement de sucres (glycocalix), une paroi (streptocoques en chaînettes...). On observe une véritable différenciation entre les cellules au centre de la colonie (certaines sont mortes) et celles qui sont sur les bords... Certains chercheurs comme Shapiro n'hésitent pas à affirmer que les bactéries sont des organismes pluricellulaires. L'individu étant la colonie. Les phénomènes de multiplication des cellules sont alors comparables aux phénomènes de croissance tissulaire lors du développement d'un pluricellulaire. (Pour avoir une vue des travaux de James Shapiro, voir par exemple : http://shapiro.bsd.uchicago.edu/ Shapiro98AnnRevMicro.pdf ).
Les documents cinématographiques pour les bactéries sont peu nombreux car difficiles à obtenir du fait de la petite taille des cellules (on ne peut pas prendre en film en microscopie électronique puisque l'objet observé est mort, fixé, coloré (OsO4) et observé sous vide !!!!!). Quelques petits films pris en microscopie optique avec ou sans fluorescence sont disponibles sur internet. Les films de Shapiro sont superbes : par exemple : http://shapiro.bsd.uchicago.edu/ singlecell_microcol_08_88.mov ; mais ils manquent d'explications (technique, temps séparant deux images...). Voici un extrait (avec l'aimable autorisation de Jim Shapiro) présentant la première division qui dure -je crois pouvoir lire- 1h la cellule en division se trouve dans le coin inférieur droit; le temps défile en haut à gauche (21: 00 min au départ ?) D'autres documents vidéo sont consultables à l'adresse: http://shapiro.bsd.uchicago.edu/index3.html?content=bacteria.html Beaucoup mieux, la croissance d'une microcolonie de Bacillus subtilis (dont les certaines cellules sporulent (forment des petites spores sphériques reproductives) et d'autres meurent...) dans le dernier article de l'équipe Jan-Willem Veening, Eric J. Stewart, Thomas W. Berngruber, François Taddei, Oscar P. Kuipers et Leendert W. Hamoen (Bet-hedging and epigenetic inheritance in bacterial cell development, PNAS 18 mars 2008, vol 105, n°11, 4393-4398 : http://www.pnas.org/content/105/11/4393 ). Je conseille par exemple le film n°1 qui correspond à une durée de 35h (247 images). Les 122 premières images correspondent à une image toutes les 5 minutes. Ensuite une image toutes les 12 minutes. Dans le cadre du bas les images sont prises en fluorescence (la souche modifiée par la protéine GFP est PspoIIA-gfp). film n°1 (3,3 Mo): http://www.pnas.org/content/suppl/2008/03/10/0700463105.DC1/00463Movie1.mpg légende en anglais: http://www.pnas.org/content/105/11/4393/suppl/DC1   On peut aussi voir le site commercial de cells alive (http://www.cellsalive.com/ qtmovs/ecoli_mov.htm) mais c'est à la limite de l'animation informatique.
2 - La multiplication bactérienne peut être considérée comme une multiplication de croissance de la colonie et non une reproduction				La multiplication bactérienne n'est pas une reproduction Avec notre vision forcément anthropocentrique (qui est centrée sur l'homme, car c'est l'homme qui comprend) , on est habitué à considérer qu'il y a un être vivant qui donne naissance à un autre être vivant (c'est une reproduction). Dans le cas des bactéries on est bien gêné pour trouver la mère et la fille (ou le père et le fils). On peut donc considérer que le problème est mal posé lorsqu'il est formulé en termes de reproduction.
		* Les cellules bactériennes vieillissent et gardent en mémoire l'âge de leur cytoplasme
* Pour le vocabulaire de René Thom, voir page sur les 4 causes d'Aristote		1ère hypothèse: Si l'on se réfère à une conception de la vie comme continu (voir Qu'est-ce que la vie ?), chaque individu (saillance*) est une forme vivante qui se sépare du fond continu de la vie (prégnance*). Lorsque la bactérie "mère" se scinde en deux bactéries "filles", elle n'existe plus comme individu et deux nouveaux individus sont apparus. Chaque individu néoformé (qui a une nouvelle forme vivante) est composé de la matière de la cellule qui lui a donné naissance. Cette matière est pour partie nouvellement synthétisée à la génération précédente (pendant la phase de croissance) et pour partie plus ancienne. Cette conception est claire si l'on considère que chaque individu nouveau possède autant de matière "ancienne" que de matière nouvellement synthétisée par sa mère, à la génération précédente.
		2ème hypothèse: Mais on peut aussi considérer que la cellule mère donne naissance à une cellule fille entièrement nouvelle dont elle se sépare. Dans ce cas on peut différencier une cellule "fille" composée essentiellement de matière néosynthétisée et une cellule "mère", composée essentiellement de matière ancienne. La cellule mère peut ainsi continuer à se diviser et peut être considérer comme "éternelle" si les divisions ne cessent pas. (On retrouvera ce problème plus bas au sujet des cellules germinales)
		Pour essayer de trancher cette question une équipe française s'est efforcée de suivre les lignées cellulaires au sein d'une microcolonie bactérienne d'E. coli :
Les expériences de Eric Stewart, Richard Madden, Gregory Paul et François Taddei sont rapportées dans un article de PLOS de février 2005 (article complet en anglais disponible à l'adresse http://biology.plosjournals.org/perlserv/? request=get-toc&issn=1545-7885&volume=3&issue=2). Je vous encourage à lire les explications en français qui sont à l'adresse http://www.forumlabo.com /2006/actus/actus/ INSERM/0305bacterie.htm. Une des 96 vidéos (microscopie en fluorescence; 1 image toutes les 4 min de 0 à 160 min et 1 image toutes les 2 minutes ensuite) de la croissance d'une microcolonie qui atteint 505 cellules en 305 min: http://biology.plosjournals.org/archive/ 1545-7885/3/2/supinfo/10.1371_ journal.pbio.0030045.sv001.wmv Une microcolonie avec reconnaissance et coloriage automatique des cellules http://biology.plosjournals. org/perlserv/ ?request= slideshow & type=figure &doi=10.1371 / journal.pbio. 0030058&id=21204				Ils ont suivi au microscope (pendant 6h avec 94 vidéos (voir ci-contre) et sur plus de 35.000 cellules) et analysé automatiquement les images numérisées de la croissance d'une culture de la bactérie Escherichia coli . Ce suivi visuel de la lignée bactérienne a été rendu possible par la caractéristique morphologique de la bactérie qui est en forme de bâtonnet et qui se divise par allongement, ce qui permet de considérer un pôle ancien et un pôle nouveau, au niveau du sillon de division (voir l'image: http://biology.plosjournals.org/perlserv/ ?request=slideshow&type=figure&doi=10.1371/ journal.pbio.0030045&id=22668). Les limites de cette méthode sont la formation de plusieurs couches de cellules ou bien sûr la sortie du champ de la caméra. Mais on peut aussi imaginer d'autres phénomènes de déplacement de matière au sein de la cellule qui rendraient ces observations, purement morphologiques et externes à partir d'une forme figée, fausses. Ainsi lors d'une seconde division, chaque bactérie fille n'a qu'un pôle ancien et un pôle nouveau et donne à son tour deux bactéries dont une hérite donc d'un pôle plus ancien que l'autre. Ils ont ainsi mis en évidence que cette bactérie donnait naissance à des bactéries qui petit-à-petit cessaient de se diviser. Ce suivi des pôles constitue un traceur de l'âge métabolique de la bactérie qui peut être relié ici à une polarité liée à la géométrie grossièrement cylindrique de la cellule. Ainsi une bactérie âgée (plus de 4 divisions) a de grandes chances de mourir avant de se diviser. Les chercheurs ont ainsi observé une synchronisation approximative de la mort pour les bactéries de même âge issues d'une même lignée.
L'âge des pôles est indiqué par un chiffre. Une cellule bactérienne possède donc 2 pôles : un pôle très récent (0) et un pôle ancien (de 1 à 7 au maximum pour l'étude présentée...). Plus son pôle ancien est âgé moins la cellule se divise rapidement (voir figure ci-contre ->). Elle finit par cesser de se diviser (en extrapolant les résultats présentés on trouve un valeur d'environ 100 divisions) et mourir (16 cellules seulement lors des suivis ont cessé de se diviser). (voir l'image NON MODIFIÉE et avec sa légende en anglais: http://biology.plosjournals.org/ perlserv/? request=slideshow& type=figure &doi=10.1371/ journal.pbio.0030045&id=22668) La croissance cellulaire est clairement dépendante de l'âge des pôles (baisse de 1% environ de la valeur initiale par division; en moyenne le pôle ancien présente une baisse de 2,2% (± 0,1) du taux de croissance par rapport au pôle récent). Le taux de croissance cellulaire représenté sur l'axe des y est rapporté au taux de croissance de toutes les cellules de même génération et localisation dans chaque film. Sur l'axe des x les divisions successives sont représentées avec soit un pôle juvénile (cercles vides), montrant un rajeunissement, soit un pôle ancien (cercle plein) montrant un vieillissement. Les cellules représentées à chaque point sont: divisions du pôles récent: 1 - 7: 7,730; 3,911; 1,956; 984; 465; 211; 89; division du pôle ancien 1 -7: 4,687; 3,833; 1,933; 956; 465; 213; 75. image avec légendes modifiées de http://biology.plosjournals.org/ perlserv/?request=slideshow& type=figure&doi=10.1371/ journal.pbio.0030045&id=22676
		Ces résultats montrent que, pour l'espèce étudiée et dans les conditions expérimentales ci-dessus, - chaque bactérie est donc bien pour partie ancienne et pour partie nouvelle (hypothèse de continuité) - le temps de génération d'une bactérie n'est pas le bon critère pour mesurer son âge ((sa durée de vie) mais c'est le nombre moyen de divisions qui a donné naissance au cytoplasme, donc, en fait, l'âge du cytoplasme. Il s'agit donc plus d'un vieillissement du cytoplasme que de l'âge de l'individu qui pourrait être mesuré par le temps de génération. On peut donc penser que ces résultats apportent des arguments en faveur de l'hypothèse de Shapiro selon laquelle les bactéries sont des organismes pluricellulaires. L'individu le plus abouti étant la colonie. Comme dans un pluricellulaire, à un instant donné il possède des cellules anciennes et des celllules de plus en plus récentes (Pour avoir une vue des travaux de James Shapiro, voir par exemple : http://shapiro.bsd.uchicago.edu/Shapiro98AnnRevMicro.pdf ).
Remarque 04/2011: Les bactéries communiquent grâce à des nanotubes, Anne Debroise, La Recherche, 452, mai 2011, 20 Intercellular nanotubes mediate bacterial communication, Dubey and Ben-Yehuda, Cell, 144, 590, 2011		De grands (flèche verte, environ 130 nm de Ø) et petits (cercle en pointillés, environ 30 nm de Ø) nanotubes assurant une communication cytoplasmique entre des cellules de Bacillus subtilis (le diamètre du cercle est d'environ 0,8 µm) Image extraite de l'original accessible ici librement (sans autorisation mais avec une résolution très faible)		On connaissait déjà les "pili" ou "poils sexuels" qui étaient des ponts cytoplasmiques établis entre bactéries CONJUGUANTES. Ces dernières s'échangeaient alors du matériel génétique dans le sens donneuse -> receveuse. Un nouveau mode de communication a été découvert au sein d'une culture de bactéries (Bacillus subtilis) dont certaines cellules marquées à la protéine GFP (Green Fluorescent Protein, et donc fluorescentes de couleur verte) transmettaient leur fluorescence aux cellules voisines non marquées (non modifiées génétiquement par l'insertion du gène de la GFP). Ces bactéries établissent entre elles des nanotubes (de diamètre plus ou moins important de 130 à 30 nm). Les substances chimiques, protéines, ARN et même ADN (plasmides ??) pourraient passer par ces tubes. La protéine GFP est déjà assez grosse (Ø ~= 4 nm). Des particules d'or ont aussi été suivies par microscopie en train de passer d'une cellule à l'autre. Enfin une expérience de transfert de résistance à un antibiotique a été réalisée au sein d'une culture mixte de cellules résistant à l'un ou l'autre antibiotique (chloramphénicol et lyncomycine). Les souches mises en présence ont résisté aux deux antibiotiques appliqués simultanément, apportant ainsi un argument de poids pour le transfert de la résistance entre souches, qui aurait probablement comme support l'ADN (plasmides). Ces nanotubes ont été observés aussi bien entre les cellules d'une même espèce bactérienne (B. subtilis) qu'entre cellules d'espèce différente (B. subtilis et Staphylococcus aureus). Ces liaisons intercellulaires confèrent donc une possibilité de communication inter et intraspécifique. Ce mode de communication doit encore être exploré (généralité, sens du transfert, mode d'apparition des ponts, mécanisme moléculaire du transport des substances, devenir des molécules transférées...).
		* La multiplication bactérienne assure la croissance de l'individu pluricellulaire (la colonie)
une référence récente pour comprendre l'aspect moléculaire non traité ici bien sûr: Bacterial Cell Division: The Mechanism and Its Precison, Elizabeth Harry, Leigh Monahan and Lyndal Thompson, 2006, A Survey of Cell Biology, Volume 253, pp 27-94, ISBN: 0-12-373597-1		La multiplication des cellules bactériennes serait la croissance d'un individu pluricellulaire, sous le contrôle de la nutrition. Chaque cellule bactérienne de l'individu colonie-bactérienne serait très jeune (guère plus de 4 divisions d'ancienneté). Puisque la vie de l'individu dure au moins pendant 4 multiplications, le cycle cellulaire n'est pas adapté pour décrire la vie de l'individu. On peut considérer la colonie comme l'individu, la cellule bactérienne n'étant alors qu'une partie de l'organisme pluricellulaire... La reproduction est la phase qui fait passer d'une colonie à une autre colonie à partir d'une cellule ou d'une spore qui se détache de la colonie et va dans un autre milieu.
3 - La prolifération des cellules eucaryotes peut avoir des finalités différentes						Exemple étudié en TP: l'hermelle ou Sabelle, documents à partir du site de bmedia
Une riche source de vidéos: http://www.bioclips.com/dvd/		3.1 Se multiplier pour se développer La prolifération des cellules embryonnaires chez un pluricellulaire ... est une suite de multiplications de développement orientées et interdépendantes
		* Ia multiplication des cellules embryonnaires chez l'animal n'exige pas forcément de phase de croissance nette mais met en jeu plusieurs types de divisions
Un site "officiel" pour les enseignants : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/sommaires/dvpt.htm Un des laboratoires français qui travaille AUSSI sur les aspects cytologiques et non pas uniquement moléculaires du développement , et qui présente un site très riche : la station de Villefranche sur mer. Voir par exemple: - les vagues de surface liées à la mitose (réorganisation des MPF) http://biodev.obs-vlfr.fr/ recherche/houliston/ waves/vaguesVF.html ; notamment chez le Xénope : http://biodev.obs-vlfr.fr/ recherche/houliston/ waves/videos/vagueXenope.AVI		Un beau film (téléchargez le fichier lié, modifiez son extension en ".mov" seul puis visionnez-le : http://biodev.obs-vlfr.fr/ recherche/ lepage/images/ cleave.mov%20copy) qui va de la première division à la fin de la gastrulation chez le poisson-zèbre sur la page de l'équipe de Thierry Lepage à Villefranche su mer (http://biodev.obs-vlfr.fr/recherche/lepage/). 30s de film correspondant à 11h20s de développement soit une accélération d'environ 1321 fois. Sur une page du même labo, un film (http://biodev.obs-vlfr.fr/ recherche/ lepage/ images/Film%20oursin%20pwp1.mpg) sur le développement de l'oursin méditerranéen Paracentrotus lividus qui vaut largement les films scolaires commerciaux (dommage que l'on ait pas le timing avec le temps séparant les prises de vues; on peut se référer au site de bmedia: http://www.snv.jussieu.fr/ bmedia/ oursinMDC/index.html et particulièrement à la chronologie : http://www.snv.jussieu.fr/ bmedia/ oursinMDC/timingdev.html ).		Poisson-zèbre Photos "repiqués" du site de la station de Villefranche-sur-mer avec une plus faible dimension - pas de copyright connu Oursin méditerranéen
		Un film (http://www.bio.unc.edu/faculty/salmon/lab/mafia/wt.mov) montrant les 4 premières divisions du zygote chez le ver nématode Cænorhabditis elegans en microscopie à contraste de phase; le film correspond à 1h52min45s de prises de vues pour un film de 37s soit une accélération d'environ 183 fois. D'autres vidéos sont disponibles à l'adresse : http://www.bio.unc.edu/f aculty/goldstein/ lab/movies.html#ND mais il faut visiter (en anglais) la page http://elegans.swmed.edu/ pour TOUT savoir sur ce ver-modèle.		© image réduite http://exploration.nasa.gov/ programs/station/ images/ICE-First1.jpg Ces vers mesurent environ1 mm lorsqu'ils ont atteint la taille adulte.
		d'autres films : http://www.bio.unc.edu/faculty/ salmon/lab/mafia/mafiamovies.html Une belle mitose (un peu partielle) chez le rat kangourou: http://www.bio.unc.edu/ faculty/salmon/lab/mafia/phmit1.mov Une mitose avec marquage de l'actine par une protéine GFP de cellules épithéliales du foie de porc (il vaut mieux visionner les images une à une... le film est un peu rapide): http://www.bio.unc.edu/faculty/ salmon/lab/mafia/gfpactinsheldon.mov
				+ la première division embryonnaire de l'oursin illustre fort bien le modèle de départ : la division cellulaire est un phénomène qui fait passer d'une cellule (mère) à deux cellules (filles) identiques
Voir fiche : "les chromosomes"		La multiplication cellulaire eucaryote binaire typique est décrite principalement par les 2 phases du noyau: l'interphase (noyau au repos), puis la mitose (noyau en division depuis l'apparition des chromosomes jusqu'à leur disparition). Parmi les phénomènes cytoplasmiques seule la cytodiérèse (séparation du cytoplasme en deux masses cytoplasmiques) porte un nom.
		Film http://www.bio.unc.edu/ faculty /salmon/lab/ mafia/ urchin.mov de la première division chez l'oursin Lytechinus variegatus : http://www.bio.unc.edu/faculty/salmon/lab/mafia/img18.gif		Ces vues au microscope à contraste de phase sont particulièrement intéressantes: on peut noter Si on fait commencer la division à t0=2s, on a 24 images pour 5s de film et environ 1h de développement (si les images sont prises à intervalles RÉGULIERS cela fait 2,5 minutes par image). Ne connaissant pas la durée de la division pour cet espèce d'oursin, on peut quand même considérer que la division dure environ 1h (elle est finie de 1h30 à 2h après la fécondation à 18°C chez Paracentrotus lividus). images 1 à 6 (15 min): individualisation des chromosomes qui apparaissent comme 2 masses sombres (ce sont les phases de prophase-métaphase de la mitose , terme qui désigne les phénomènes nucléaires). images 6 à 9 (8 min): séparation des masses chromosomiques grâce à l'apparition et à l'allongement soudain d'un fuseau de division qui sépare chaque masse sombre en deux (anaphase de la mitose) ET début de la cytodiérèse : séparation du cytoplasme en deux boules par étranglement perpendiculaire à l'allongement du fuseau de division; images 9 à 12 (8 min) : fin de la cytodiérèse; les deux cellules filles ont une forme ovoïde et se touchent par leur plus petit rayon; images 12 à 24 (35 min): RÉACCOLEMENT des deux cellules qui forment une HALTÈRE, ce qui n'est plus la forme de départ qui était une BOULE.
		Pour un petit aperçu des mystères de l'embryologie...		+ mais les divisions suivantes montrent que la multiplication cellulaire est un phénomène complexe qui ne se résume pas à des divisions binaires égales car les divisions ne sont pas indépendantes et la construction de l'embryon est bien plus qu'une somme d'événements tous semblables.
Pour des divisions égales et synchrones on peut voir l'extrait de film sur les premières divisions chez Asterina gibbosa (étoile de mer): http://www.cerimes.education.fr/index.php? page=bi_admin&op1=plan,,,99,,,,,1,1884 Le film en totalité vaut le coup d'œil : http://www.cerimes.education.fr/index.php? page=affiche_video,http://sfrs-streamer.sfrs.fr/ ramgen/media-2/sfrs/real/realvideo/ 515.rm,,269,1,7,386		Observez les deux premières divisions de l'oursin Paracentrotus lividus en microscopie optique; il faut extraire les 9 premières secondes du film http://biodev.obs-vlfr.fr/recherche/ lepage/images/Film%20oursin %20pwp1.mpg		La première division est identique à celle observée dans le film précédant : le plan du film contient bien l'axe de séparation des deux cellules filles (ou le fuseau de division). L'orientation est environ 15-20°N-105-110°S. Le film commence lorsque les deux masses de microtubules sont déjà bien formées, puis on observe la formation du fuseau de division puis la cytodiérèse. Les chromosomes ne sont pas visibles. On obtient deux cellules ovoïdes qui se RÉACCOLENT légèrement (pendant cette phase il est probable que la deuxième division est déjà amorcée). Puis il manque quelques photos (le film "saute").		Si la seconde cytodiérèse semble intervenir rapidement, c'est probablement qu'il manque des images... L'orientation du fuseau de division est plongeante obliquement en arrière du plan du film et l'on ne voit pas les phénomènes fusoriaux. Le deuxième fuseau est donc bien perpendiculaire au premier. Chaque cellule fille donne naissance à deux BOULES et l'on se trouve en présence de 4 cellules en BOULES, (placées dans le plan de division contenant le fuseau de la seconde division). Le réaccolement intervient ensuite pendant que se prépare une troisième phase de divisions.
		Des images sont aussi très parlantes sur le site BIOCLIP, notamment celles de Manuel THERY qui a travaillé sur la physique de la division en orientant celle-ci au moyen d'adhésifs géométriques (chercher Manuel Thery pour voir les vidéos et choisir Randomly oriented cell division).
Je recommande un n° spécial de The International Journal of Developmental Biology, Vol 50, Nos 2/3, 2006 a pour titre Morphodynamics. Les articles (en anglais) sont tous disponibles gratuitement en téléchargement: http://www.ijdb.ehu.es/ web/contents.php?vol=50&issue=2-3 Les travaux de René Thom sont cités dans plusieurs publications.		Si l'on observe les divisions suivantes, plusieurs phénomènes peuvent être notés: - il n'y a PLUS de SYNCHRONISATION. - certaines divisions sont INÉGALES . - l'embryon TOURNE plus ou moins dans sa membrane protectrice, ce qui peut être interprété comme l'effet de tensions mécaniques - les fuseaux de deux divisions successives ne sont plus du tout perpendiculaires mais peuvent être plus ou moins parallèles (ce qui amène une croissance de cellules en ligne); c'est ainsi que l'on voit se construire très nettement une couche externe d'assez grandes cellules délimitant une cavité interne (le blastocœle): cette étape est nommée blastulation: l'embryon formé est une blastula. Les divisions successives ne sont donc pas indépendantes, leurs axes sont orientés et elles sont synchronisées ou non, et peuvent être inégales. On est donc loin du modèle d'une cellule (boule) qui donne deux cellules identiques (boules). Les divisions embryonnaires marquent au contraire une construction ordonnée: celle de l'embryon. Ce sont les phénomènes mécaniques qui semblent ici les plus intéressants à étudier. Les physiciens se sont lancés, notamment en Russie (on peut citer un nom: Lev Beloussov) , dans la modélisation de ces contraintes lors de la construction embryonnaire (alors que les américains et les européens s'orientaient davantage vers une étude moléculaire et chimique des phénomènes).
voir cours de 1ère S Sur le site du CERIMES on peut trouver un petit extrait de film présentant la germination de la graine de moutarde des champs et la croissance des racines (en vue externe): http://www.cerimes. education.fr/ index.php? page=bi_admin& op1=plan,,,99,,,,,1,3624		* La multiplication cellulaire au sein d'une jeune racine de Plante (multiplication de développement) met en jeu une croissance importante sans déplacement La grande différence du développement chez les plantes par rapport à celui des animaux réside dans l'absence de déplacement des cellules des plantes qui sont réunies par une paroi sécrétée en permanence et dont la composition change au cours de la vie de la cellule (phénomène qui accompagne la différenciation). La croissance d'un tissu végétal est réalisée par un accroissement cellulaire (souvent un allongement mais pas toujours; ce qui permet une grande diversité des types de tissus) suivi de la formation d'une cloison (paroi) entre les deux nouvelles cellules. Les phénomènes nucléaires sont ceux d'une mitose avec des caractéristiques particulières, notamment l'absence de centrioles aux deux extrémités du fuseau de division.
Suivre le développement complet d'un champignon : Stropharia semiglobata sur http://www.cerimes.education.fr /index.php?page=fiches,view, 569,10,7,385,,croissance,,		* Le développement d'un mycélium de champignon par allongement d'une cellule puis (le plus souvent) cloisonnement La croissance d'un hyphe (filament de champignon formé d'une file de cellules) se fait de façon similaire aux cellules végétales. Mais il n'y a jamais de cloisonnement longitudinal et l'hyphe mycélien est toujours constitué d'une seule file de cellules. Les formes (et notamment l'appareil reproducteur ou carpophore) des "organes" du champignon sont toutes réalisées à partir de l'agglomération de ces hyphes. Certains champignons (dits inférieurs) ne cloisonnent pas leur hyphe qui est donc composé d'un immense cytoplasme pourvu de nombreux noyaux. La paroi des champignons, parfois chitineuse (un "sucre", ou plutôt un composé du groupe des glucosamines...que l'on retrouve dans la cuticule des insectes), reste souple. Les champignons ne peuvent se développer sans eau. Les phénomènes nucléaires sont assez variés et les mitoses parfois atypiques.
		3.2 - Se multiplier pour accroître la population ou assurer sa survie La multiplication des cellules des unicellulaires eucaryotes (royaume des Protistes) se fait selon des modalités variées ; les multiplications sont le plus souvent des multiplications de croissance de la colonie, et parfois des multiplications de reproduction lorsque la nourriture vient à manquer
		+ Sporulation chez un champignon qui ne présente qu'une forme unicellulaire : la levure de bière (multiplication de croissance)				Le mot "levure" désigne tout champignon unicellulaire ayant une multiplication par bourgeonnement ou scission binaire.
Saccharomyces cerevisiae MO X 600 - image partielle - www.inrp.fr/bdd_image/ gloss_levure.jpg		La division se fait sans disparition de l'enveloppe nucléaire (on parle de mitose atypique...). La formation de la spore asexuée se fait par étranglement (un anneau de protéines (actine) se met en place: sa constriction (rétrécissement) accompagne la séparation de la spore de la cellule mère par une cloison (paroi)). Dans le film ci-dessous la division est pratiquement égale, mais ce n'est pas le cas le plus habituel, sauf pour des cellules jeunes de petite taille. Tant que de la nourriture est disponible et tant que les cicatrices des bourgeonnements (qui persistent) ne recouvrent pas la totalité de leur surface (elles meurent alors), on rencontre couramment des cellules de levure diploïdes (avec un nombre pair de chromosomes) qui bourgeonnent. Si la nourriture vient à manquer une division spéciale, la méiose, conduit à former 4 petites cellules haploïdes qui restent protégées et au repos, à l'intérieur de la paroi de la cellule mère, qui persiste.
				film http://www.bio.unc.edu/faculty/ salmon/lab/mafia/contr.mov présentant la phase terminale de la division chez Sacharomyces cerevisiae (double vue en fluorescence avec marquage des protéines de type actine (anneau de division) - à gauche -, et en contraste de phase - à droite -):
Une mixamibe (Dictyostelium discoideum) en mitose; chaque cellule fait près de 10µm diamètre si l'on compte les prolongements; http://cosmos.bot.kyoto-u.ac.jp/ csm/photos/M2_division_3.jpeg		+ multiplication chez Dictyostelium discoideum : une amibe acrasiale ou myxamibe (multiplication de croissance) Lorsque la nourriture est abondante, les myxamibes sont unicellulaires, se nourrissent de bactéries et de levures et se multiplient activement. Lorsque la nourriture vient à manquer les myxamibes s'agglomèrent sous l'action d'un facteur stimulant qu'elles sécrètent (l'AMPcyclique) rn un pseudoplasmode (un plasmode est une cellule plurinucléée, souvent issue de la fusion de plusieurs cellules). Après un certain temps, les cellules du pseudoplasmode se différentient et forment un pied surmonté d'une tige puis d'une fructification ou sporocarpe. (voir le superbe montage photos (http://cosmos.bot.kyoto-u.ac.jp/ csm/photo_html/Dd_cul_1.html) et les films (http://cosmos.bot.kyoto-u.ac.jp/ csm/movies.html).				Les amibes acrasiales sont encore appelées myxamibes ou moisissures visqueuses cellulaires; on les regroupe dans un embranchement des mycètes : les Acrasiomycota.
				film http://www.bio.unc.edu/faculty/ salmon/lab/mafia/bigrc.mov présentant surtout les phénomènes cytoplasmiques et l'intense trafic de vésicules (golgiennes et autres) permanent lors de la division de Dictostelium discoideum. film http://cosmos.bot.kyoto-u.ac.jp/ csm/movies2/M2_division_3.mov présentant le déplacement et la nutrition de Dictostelium discoideum (elle phagocyte des bactéries) ; la barre fait 10 µm. Aucun phénomène nucléaire n'est visible. La totalité du film correspond à 13 min et 40 s pour 10 s de film. La mitose dure environ 4 min.
Euglena sp. (chaque individu mesure plus de 100 µm lorsqu'il s'allonge au maximum) photo extraite de http://bio.rutgers.edu/euglena/ samples.htg/colorLM.jpg		+ Multiplication chez un Euglène (multiplication de croissance) La mitose, division du noyau, commence avant la cytodiérèse. Le nucléole et l'enveloppe nucléaire restent intacts tout au long de cette mitose atypique. Les données de la microscopie électronique ont permis de confirmer l'observation selon laquelle les chromosomes se forment au sein du noyau et sont d'abord dispersés dans le nucléoplasme autour du nucléole qui occupe le centre du noyau (http://bio.rutgers.edu/euglena /eug_mitosis_web/ ANISO_INTER_web_small.jpg). Puis le fuseau de division se forme au voisinage de l'enveloppe nucléaire. En fait, plusieurs axes de microtubules se forment (et non pas un seul fuseau : http://bio.rutgers.edu/euglena/ eug_mitosis_web/ aniso_subspindles_lab.jpg; sub-spindles signifie "axes-secondaires"). Chaque axe accroche plusieurs chromosomes. Il n'y a pas vraiment de plaque métaphasique. A l'anaphase, alors que l'élongation du noyau et du nucléole est déjà commencée, les chromosomes se scindent en deux chromatides par raccourcissement des microtubules des axes secondaires (http://bio.rutgers.edu/euglena/ eug_mitosis_web/ ento_ana_lab.jpg). Les deux futurs noyaux forment une haltère en fin de télophase qui finit par se briser selon des modalités qui varient selon les espèces. Des images de la cytodiérèse chez Peranema trichophorum que l'on retrouve partout : http://bio.rutgers.edu/euglena/ eug_mitosis_web/ cytokin_seq_lab.jpg				Les Euglénophytes sont classés dans les Algues vertes unicellulaires et donc maintenant dans le royaume des Protistes.
Le site internet (en anglais) est entièrement dédié à ces organismes ; http://euglena.msu.edu/						De belles images de Cyclops (crustacé) parasité par un euglène du genre Colacium : http://aelmh.free.fr/ Colacium_vesiculosum.htm
				Série de photos http:// bio.rutgers.edu/ euglena/eug_ mitosis_web/mito_ sequence_lab.jpg montrant la mitose chez Peranema trichophorum en microscopie à contraste de phase On observe surtout l'étirement du nucléole et secondairement celle du noyau.
		+ une algue unicellulaire microscopique du groupe des Diatomées (multiplication de croissance)				Les diatomées sont aussi appellées Bacillariophyceae (ce qui signifie algues en forme de "bacille", c'est-à-dire de "bâtonnet", comme les bactéries)
Pseudo-nitzschia http://planktonnet. sb-roscoff.fr //rawdata/ viewable/ mmoniz_pseudo-nitzshia_australis_ n_xxw_ 20061114111555_w.jpg   Pour voir la frustule au MEB voir par exemple http://www.whoi.edu /redtide/ species/ pseudo-nitzschia_multi.jpg		Les diatomées du genre Pseudo-nitzschia sont des Protistes chlorophylliens dont le test rigide formé de deux valves emboîtées (appelé frustule) est siliceux. Elles sont capables de mouvements de glissement rapides de leurs frustules le long de sillons (raphé). Elles sont autotrophes mais de nombreuses espèces sont capables de devenir allotrophes dans des milieux riches en matière organique et peu éclairés. Les cellules sont très allongées et peuvent atteindre 140 µm de long pour 1,5 à 3,4 µm de large. Les cellules réunies au sein d'une même gangue mucilagineuse (glycoprotéique) forment des chaînes que l'on peut qualifier de colonies. La multiplication de croissance de la colonie est une mitose banale pour ce qui est du noyau. La cytodiérèse s'accompagne de la synthèse de deux nouvelles valves qui s'emboîtent dans chacune des valves de la cellule mère. On a donc une diminution de taille à chaque division. Une photo au MO est disponible sur le site de l'Ifremer (http://www.ifremer.fr/ envlit/ photos/Archive/ 20041101/photo06_2.htm). On distingue très bien les deux plastes, déjà dupliqués, et la formation des nouvelles valves au centre de la cellule. On peut cependant remarquer qu'il ne faut pas voir le frustule comme une boîte qui limite l'agrandissement de la cellule mais bien comme la sécrétion permanente d'une structure protectrice (minéralisée partiellement, le composant majeur restant de nature protéique). Cette remarque est bien sûr valable pour la paroi d'une cellule de plante ou d'une cellule bactérienne. En dessous d'une taille critique a lieu la reproduction sexuée ou auxosporulation qui nécessite l'accouplement de deux cellules et deux méioses. La colonie peut aussi former des spores de survie entourées d'une épaisse paroi silicifiée qui mènent une vie ralentie. On parle beaucoup de Pseudo-nitzschia en Bretagne car ce genre possède plusieurs représentants toxiques (la toxine incriminée est l'acide domoïque) mais la détermination des espèces toxiques est impossible au seul microscope optique (voir page de l'Ifremer). On a donc des données de comptage qui contiennent à la fois des espèces toxiques et non toxiques.				Sur les mouvements de P. on peut consulter (en anglais): http://www.mbari.org/ staff/ conn/botany/diatoms/ jennifer/mot.htm D'une façon générale les pages (en anglais) http://www.mbari.org/staff/ conn/ botany/diatoms/ jennifer/ indexa.htm sont assez bien renseignées (mais l'article "Diatomées" de l'Encyclopedia Universalis l'est aussi). On peut aussi visiter http://www.indiana.edu/ ~diatom/ diatom.html. http://www.ifremer.fr/ envlit/ documentation/ dossiers/toxines10ans / rephy-c4.htm Pour une petite vidéo présentant des généralités sur quelques diatomées voir http://www.cerimes.education.fr /index.php? page=bi_admin& op1=plan,,,99,,,,,1,3850
4 - Après s'être divisées, les cellules des pluricellulaires se différencient sauf les cellules souches qui restent indifférenciées				La différenciation est l'état d'une cellule eucaryote qui, après une division, change profondément sa structure et perd sa capacité à se diviser.
voir cours de 1ère S pour la différenciation des cellules des plantes		On ne peut pas traiter de la seule multiplication des cellules eucaryotes sans aborder leur devenir. Chez les unicellulaires, on peut considérer que la formation d'un kyste ou d'une spore de protection est une forme de différenciation qui permet la survie dans des conditions défavorables et donc la reproduction. Chez les pluricellulaires la différenciation est la règle. En effet les cellules, une fois multipliées, changent profondément de forme, de structures et surtout perdent la capacité de se diviser. Lors de cette différenciation l'information génétique est profondément modifiée: de l'ADN est souvent perdu mais parfois une grande quantité d'ADN est multipliée de nombreuses fois. On peut considérer que la mort est la suite normale de la différenciation. Les cellules du xylème, par exemple, dans les tissus conducteurs des plantes, meurent, leur paroi se lignifie (s'imprègne de polyphénols qui la rigidifie) et leur cytoplasme est digéré. Certaines cellules ont un devenir assez original: elles fusionnent. On connaît des fusions cellulaires dans les cellules musculaires des muscles striés par exemple : les myocytes se forment à partir de la fusion de plusieurs dizaines de myoblastes. C'est pour cela que ce sont des cellules géantes pourvues de dizaines de noyaux.
une ancienne page sur les cellules souches et le clonage... www.genethique.org, le site de référence sur l'actualité des recherches sur les cellules souches (et de bien d'autres questions touchant à la génétique et à ses applications) avec un regard humaniste chrétien.		Cependant, certaines cellules de l'organisme développé, les cellules souches (de l'adulte), gardent la possibilité de se diviser et ne se différencient pas. On connaît même des cellules souches qui peuvent donner plusieurs types cellulaires in vitro. Les seules cellules capables de donner tous les types cellulaires sont les cellules embryonnaires (cellules ES: embryonic stem cells = cellules staminales) des tous premiers stades (on parle de totipotence, capacité à donner tous les types cellulaires de l'individu).