Mitose vs. Méiose : Comment les cellules humaines se divisent pour croître et se reproduire

Chaque cellule du corps humain remonte à un seul œuf fécondé, et les instructions pour transformer une cellule en billions reposent sur deux types distincts de division : la mitose et la méiose. L'Institut national de recherche sur le génome humain (NHGRI) et l'Institut national des sciences médicales générales (NIGMS) des Instituts nationaux de la santé des États-Unis décrivent tous deux ces éléments comme les deux mécanismes fondamentaux que les cellules utilisent pour se multiplier ou pour créer les cellules sexuelles nécessaires à la reproduction.

Le Cycle Cellulaire : Où s'inscrit la division

Selon le glossaire de génétique du NHGRI, une cellule en division passe d'abord par l'interphase, composée de trois étapes : G1, lorsque la cellule se prépare à se diviser ; S, lorsqu'elle duplique l'ensemble de son ADN (S signifie synthèse de l'ADN) ; et G2, lorsqu'elle organise et condense le matériel génétique nouvellement copié. La division elle-même se produit en phase M, lorsque la cellule répartit ses deux copies d'ADN en deux nouvelles cellules filles.

Mitose : Copier une cellule exactement

La mitose produit deux cellules filles qui sont génétiquement identiques à la cellule mère et entre elles, selon le NHGRI. Le NIGMS note que c'est la division responsable de la croissance corporelle ordinaire et du remplacement des tissus — les cellules de la muqueuse de l'estomac, par exemple, se remplacent tous les quelques jours, tandis que les cellules du foie peuvent prendre jusqu'à un an pour se renouveler.

Le NIGMS énumère six étapes de la mitose suivant l'interphase : la prophase, lorsque les chromosomes se condensent et s'attachent à l'appareil de fuseau ; la prométaphase, lorsque l'enveloppe nucléaire se décompose et le fuseau se forme complètement ; la métaphase, lorsque les chromosomes s'alignent au centre de la cellule ; l'anaphase, lorsque les chromatides sœurs se séparent et se déplacent vers les pôles opposés ; la télophase, lorsque de nouvelles enveloppes nucléaires se forment autour de chaque ensemble ; et la cytokinèse, lorsque la cellule se divise physiquement en deux.

Méiose : Créer des ovules et des spermatozoïdes

La méiose est utilisée exclusivement pour produire des gamètes — des ovules et des spermatozoïdes — et fonctionne différemment. Le NHGRI explique qu'une cellule diploïde, qui porte 46 chromosomes (deux ensembles de 23), copie son ADN une seule fois mais se divise ensuite deux fois, produisant quatre cellules filles haploïdes, chacune avec seulement 23 chromosomes. Lorsqu'une cellule de sperme et une cellule d'œuf s'unissent à la fécondation, leurs 23 chromosomes combinés de chaque parent restaurent le nombre diploïde normal de 46.

L'Encyclopédie des projets embryonnaires de l'Université d'État de l'Arizona décrit la méiose comme se produisant en deux étapes. La méiose I est la division de réduction, divisée en prophase I, métaphase I, anaphase I et télophase I ; c'est au cours de la prophase I que les chromosomes appariés (homologues) s'apparient et échangent des segments d'ADN dans un processus appelé croisement, ce qui, selon le NIGMS, augmente la diversité génétique. La méiose II ressemble alors à la mitose, séparant les chromatides sœurs pour compléter la formation de quatre cellules haploïdes à partir d'une cellule diploïde originale.

Selon l'Encyclopédie des projets embryonnaires, le développement des ovules et des spermatozoïdes divergent considérablement en termes de chronologie. La spermatogenèse commence à la puberté et produit continuellement quatre spermatozoïdes viables à partir de chaque cellule de départ. L'ovogenèse, en revanche, commence avant la naissance mais s'arrête à un point spécifique en prophase I jusqu'à la puberté ; lorsque la division reprend, la cellule se divise inégalement, produisant un grand ovule riche en nutriments et de petites structures éliminées appelées corps polaires, donc un seul gamète utilisable résulte par cycle.

Un Bref Historique

L'Encyclopédie des projets embryonnaires crédite le biologiste Oscar Hertwig avec la première description de la méiose au milieu des années 1870 en utilisant des cellules d'oursin. Le biologiste évolutionniste August Weismann a reconnu en 1890 que le processus réduisait le nombre de chromosomes de moitié, et le généticien Thomas Hunt Morgan a démontré le croisement chromosomique en 1911.

Quand la Méiose Tourne Mal

Les erreurs lors de la méiose peuvent avoir des conséquences médicales. L'Institut national Eunice Kennedy Shriver pour la santé infantile et le développement humain (NICHD) des États-Unis déclare que le syndrome de Down résulte d'une erreur aléatoire dans la division cellulaire appelée non-disjonction, dans laquelle une paire de chromosomes ne se sépare pas correctement — les deux copies se retrouvent dans une cellule résultante et aucune dans l'autre. La forme la plus courante, la trisomie 21 complète, se produit lorsque chaque cellule porte trois copies du chromosome 21 au lieu de deux.

Le NICHD rapporte que dans la plupart des cas de trisomie 21, le chromosome supplémentaire provient de l'ovule de la mère, tandis que moins de 5 % proviennent du sperme du père. Une forme distincte, la trisomie 21 en mosaïque, représente également moins de 5 % des cas et se produit lorsque seules certaines cellules d'une personne portent le chromosome supplémentaire. Le NICHD affirme clairement qu'aucun comportement parental ou facteur environnemental n'est connu pour causer le syndrome de Down, et que la condition survient aléatoirement lors de la formation d'ovules ou de spermatozoïdes.