La mitose est la division d’une cellule mère donnant deux cellules filles génétiquement identiques, formant un clone cellulaire. Le cycle cellulaire comprend l’interphase (période de croissance et de réplication de l’ADN) puis la mitose, qui se déroule en quatre phases principales : prophase, métaphase, anaphase et télophase. Après la mitose, la cytocinèse sépare le cytoplasme pour former deux cellules distinctes.

La reproduction clonale contribue à la conservation du patrimoine génétique. Cependant, des erreurs peuvent survenir lors de la réplication de l’ADN durant l’interphase ou lors de la séparation des chromosomes pendant la mitose. Si ces anomalies ne sont pas corrigées par les mécanismes de réparation, elles sont transmises aux cellules filles, ce qui peut conduire à l’apparition de sous-clones présentant des différences génétiques par rapport à la cellule d’origine.

Le cycle cellulaire : l'interphase et la mitose

La réplication de l'ADN avant la mitose

La réplication de l’ADN a lieu pendant l’interphase, précisément durant la phase S du cycle cellulaire. Avant la mitose, chaque molécule d’ADN est copiée de façon semi-conservative : les deux brins de la double hélice se séparent localement et servent de matrice pour la synthèse de nouveaux brins complémentaires. La synthèse est assurée par un ensemble d’enzymes : l’hélicase déroule l’ADN, une amorce d’ARN est synthétisée par la primase, puis les ADN‑polymérases ajoutent des nucléotides selon la complémentarité (A–T, C–G). Sur le brin discontinu, la synthèse se fait par fragments d’Okazaki qui sont ensuite reliés par des ligases.

Au microscope électronique, les molécules d’ADN en cours de réplication montrent des "yeux de réplication" : chaque œil de réplication correspond à une origine de réplication activée et comprend deux fourches de réplication en forme de Y où les brins se séparent et se synthétisent simultanément.

Pendant la phase S, la quantité totale d’ADN dans la cellule double. La phase S est encadrée par G1 (croissance et récupération) et G2 (préparation à la mitose).

Les étapes de la mitose

La mitose sépare le génome répliqué en deux lots identiques, aboutissant à deux cellules filles, et consiste en une succession de quatre phases : la prophase, la métaphase, l’anaphase et la télophase.

• Prophase : la chromatine se condense en chromosomes visibles ; le nucléole disparaît et le fuseau mitotique commence à se former. L’enveloppe nucléaire se fragmente en fin de prophase chez les cellules eucaryotes.
• Métaphase : les chromosomes, composés de deux chromatides sœurs reliées par un centromère, s’alignent sur la plaque équatoriale ; les kinétochores des centromères se fixent aux fibres du fuseau.
• Anaphase : les chromatides sœurs se séparent (séparation des centromères) et migrent vers les pôles opposés par le fuseau, ce qui assure la distribution équitable des chromosomes.
• Télophase : les chromosomes se décondensent en chromatine, de nouvelles enveloppes nucléaires se forment autour de chaque lot et le nucléole réapparaît. La division du cytoplasme (cytocinèse ou cytokinèse) aboutit à deux cellules filles distinctes.

Clone et sous-clone cellulaire

Les clones cellulaires

Un clone cellulaire regroupe les cellules filles issues d’une même cellule mère par division (mitose ou fission binaire dans le cas des procaryotes). Les clones remplissent plusieurs fonctions : reproduction asexuée chez certains organismes, réparation tissulaire et amplification des cellules du système immunitaire.

• Reproduction asexuée : chez les bactéries la fission binaire produit des colonies de cellules génétiquement proches (principe fonctionnel analogue à la mitose des eucaryotes, mais mécanismes différents).
• Réparation tissulaire : après une lésion (ex. coupure), les cellules proches du site se multiplient par mitose et interagissent avec la matrice extracellulaire pour restaurer l’intégrité du tissu.
• Réponse immunitaire : un lymphocyte reconnaissant un antigène subit des divisions mitotiques ; la prolifération clonale augmente rapidement le nombre de lymphocytes spécifiques, améliorant l’élimination du pathogène. Par exemple, un lymphocyte qui se diviserait 20 fois engendrerait 2²⁰ = 1 048 576 cellules.

Les sous-clones cellulaires, issus de la mutation au sein d’un clone

La mitose produit normalement des cellules génétiquement identiques, un clone cellulaire, car l’ADN est copié puis réparti entre les deux cellules filles. Toutefois, des erreurs peuvent survenir pendant la réplication (phase S) : la synthèse de l’ADN n’est pas parfaite et le taux d’erreur brut est de l’ordre de 1 pour 10⁹ nucléotides copiés soit 10^-9 erreurs par nucléotide copié. La plupart de ces erreurs sont corrigées par les systèmes de réparation de l’ADN ; si elles persistent, elles peuvent conduire à l’arrêt du cycle ou à l’apoptose (mort cellulaire programmée).

Si une cellule porteuse d’une mutation survit et continue à se diviser, elle transmettra cette variation à ses descendantes. La descendance issue de cette cellule forme alors un sous‑clone : une sous‑population du clone initial dont le génome diffère par une ou plusieurs mutations. L’ampleur du sous‑clone dépend du moment de la mutation : une mutation précoce (peu de divisions après la cellule initiale) donne un sous‑clone plus important qu’une mutation survenue tardivement.

La formation d’un sous‑clone porteur de mutations peut donner naissance à une zone distincte dans le tissu et former une masse cellulaire dont la croissance est déréglée : une tumeur. Une tumeur est un amas de cellules dont les mécanismes de contrôle de la prolifération et de la mortalité cellulaire sont perturbés. Elle est dite bénigne lorsqu’elle reste localisée et n’altère pas gravement la santé ; elle est maligne (cancéreuse) lorsqu’elle envahit agressivement les tissus voisins et peut produire des métastases, c’est‑à‑dire des foyers secondaires à distance du site d'origine de la tumeur.

Les cancers résultent souvent d’une accumulation de mutations touchant des gènes qui contrôlent la croissance, la division et la survie cellulaire. Par exemple, le gène TP53 (fréquemment abrégé p53) code pour une protéine régulatrice (facteur de transcription) qui induit l’arrêt du cycle ou l’apoptose en réponse à des dommages de l’ADN. Une mutation qui inactiverait TP53 empêche ces réponses protectrices et favorise la survie et la prolifération de cellules porteuses d’erreurs, contribuant à la formation tumorale. D’autres mutations (activateurs de proto‑oncogènes, perte de gènes suppresseurs de tumeurs, instabilité génomique) peuvent s’accumuler dans la population de sous‑clones : on parle d’évolution clonale du cancer, qui explique l’hétérogénéité tumorale et la résistance aux traitements.