12. P ROLIFÉRATION DES CELLULES.A SPECTS MOLÉCULAIRES ET CELLULAIRES DE LA DIVISION 365
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
un certain nombre de tissus qui les constituent
sont en constant renouvellement : cellules sanguines, épithéliums, cellules sexuelles, etc. Ce processus est réalisé grâce à des cellules-souches ;
chez l’Homme, qui possède environ 5.10
13
cellules,
on calcule que 10
6
cellules se divisent par seconde,
à tout instant. Par ailleurs, les cellules différenciées
de divers organes (foie, pancréas) conservent une
certaine aptitude à se multiplier, bien que faiblement, et permettent ainsi leur entretien (voir chapitre 14). Chez les Insectes ou les Nématodes, en
revanche, les cellules de l’adulte ne se multiplient
plus, sauf celles à l’origine des gamètes.
La multiplication cellulaire est également liée à
la réparation des tissus endommagés et à la régénération des organes chez divers organismes. À
côté du processus de cicatrisation, on connaît des
exemples de tissus dans lesquels des cellules à
caractère embryonnaire sont «mises en réserve»,
au milieu des cellules différenciées elles-mêmes
incapables de se diviser ; c’est le cas des myoblastes (cellules-satellites) situés au sein des
muscles striés squelettiques des Vertébrés, qui
peuvent se remettre à proliférer et participent à la
réparation des parties lésées du tissu. La régénération est un phénomène fréquent chez de nombreux
Animaux ; on en décrit des exemples chez les
Echinodermes, les Planaires, les Insectes inférieurs, les Amphibiens Urodèles, etc. (voir chapitre
14). La multiplication cellulaire est enfin associée à
la reproduction asexuée que l’on observe couramment chez les Spongiaires, les Cnidaires, les
Annélides, les Cestodes, etc., grâce à des phénomènes de bourgeonnement ou de prolifération
localisée.
Le cas des plantes supérieures est un peu différent puisque la morphogenèse et la croissance y
sont continues pendant toute la vie, en particulier
chez les plantes pérennes. Ces fonctions y sont
assurées par les méristèmes caulinaires et racinaires, tant primaires que secondaires. Ces tissus à
caractère embryonnaire assurent une croissance
indéfinie en longueur et en épaisseur des tiges et
des racines (mais les arbres meurent aussi !). Nous
verrons dans le chapitre 14 que les cellules végétales conservent en général une forte aptitude à la
dédifférenciation, à la prolifération et à la régénération de plantes entières (totipotence), ce qui
conduit, d’une part, à de grandes possibilités de
multiplication végétative naturelle et à toutes les
pratiques de la propagation artificielle, d’autre
part.
2. MÉCANISMES MOLÉCULAIRES
DE LA DUPLICATION
DU MATÉRIEL GÉNÉTIQUE
2.1. Principe de la réplication de l’ADN
La molécule d’ADN (dont la structure a été élucidée en 1953) contient en elle-même son propre
principe de réplication : la complémentarité stérique des bases A et T, ainsi que celle des bases G
et C, permet de comprendre comment chaque brin
est capable de dicter la séquence de son complément et peut servir de matrice pour la synthèse
d’un deuxième brin. Les différentes étapes de ce
processus sont prévisibles : 1) séparation des deux
brins (dénaturation) ; 2) alignement de nucléotides
successifs complémentaires sur chacun d’eux ;
3) soudure (ligature) des différents nucléotides
pour former une chaîne continue ; 4) séparation
des deux molécules filles.
Sur la base de ce principe, différentes modalités
de synthèse ont historiquement été envisagées ;
elles seront présentées plus loin. En fait, la réponse
à ces questions était apportée chez les Bactéries
par M. M ESELSON et F. S TAHL dès 1958. Ces auteurs
ont mis au point et développé la technique analytique de centrifugation en gradient de chlorure de
césium (CsCl) décrite dans le chapitre 3. On rappelle simplement qu’elle permet de séparer des
molécules d’ADN possédant en solution des densités de flottaison très voisines (1,710 et
1,717 g.cm
–3
, par exemple). Des légères différences
de densité de ce type sont obtenues lorsque l’ADN
est enrichi en atomes de l’isotope stable et lourd
de l’azote :
15
N, au lieu de l’isotope le plus courant :
14
N.
L’expérience conduite par M ESELSON et S TAHL
est la suivante : une souche de Escherichia coli est
cultivée pendant de nombreuses générations dans
un milieu de culture contenant des sels d’azote
(NH 4
+
ou NO 3
–
) très enrichis en
15
N. Toutes les
molécules azotées de ces cellules, et en particulier
leur ADN, portent donc en majorité des atomes
d’azote
15
N. Après purification, cet ADN est mis
en solution dans du CsCl concentré (6 M) ; au
cours de cette opération, le chromosome bactérien
est en général cassé en plusieurs centaines de morceaux. La technique d’ultracentrifugation en gradient de densité montre que cet ADN s’équilibre à
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
un certain nombre de tissus qui les constituent
sont en constant renouvellement : cellules sanguines, épithéliums, cellules sexuelles, etc. Ce processus est réalisé grâce à des cellules-souches ;
chez l’Homme, qui possède environ 5.10
13
cellules,
on calcule que 10
6
cellules se divisent par seconde,
à tout instant. Par ailleurs, les cellules différenciées
de divers organes (foie, pancréas) conservent une
certaine aptitude à se multiplier, bien que faiblement, et permettent ainsi leur entretien (voir chapitre 14). Chez les Insectes ou les Nématodes, en
revanche, les cellules de l’adulte ne se multiplient
plus, sauf celles à l’origine des gamètes.
La multiplication cellulaire est également liée à
la réparation des tissus endommagés et à la régénération des organes chez divers organismes. À
côté du processus de cicatrisation, on connaît des
exemples de tissus dans lesquels des cellules à
caractère embryonnaire sont «mises en réserve»,
au milieu des cellules différenciées elles-mêmes
incapables de se diviser ; c’est le cas des myoblastes (cellules-satellites) situés au sein des
muscles striés squelettiques des Vertébrés, qui
peuvent se remettre à proliférer et participent à la
réparation des parties lésées du tissu. La régénération est un phénomène fréquent chez de nombreux
Animaux ; on en décrit des exemples chez les
Echinodermes, les Planaires, les Insectes inférieurs, les Amphibiens Urodèles, etc. (voir chapitre
14). La multiplication cellulaire est enfin associée à
la reproduction asexuée que l’on observe couramment chez les Spongiaires, les Cnidaires, les
Annélides, les Cestodes, etc., grâce à des phénomènes de bourgeonnement ou de prolifération
localisée.
Le cas des plantes supérieures est un peu différent puisque la morphogenèse et la croissance y
sont continues pendant toute la vie, en particulier
chez les plantes pérennes. Ces fonctions y sont
assurées par les méristèmes caulinaires et racinaires, tant primaires que secondaires. Ces tissus à
caractère embryonnaire assurent une croissance
indéfinie en longueur et en épaisseur des tiges et
des racines (mais les arbres meurent aussi !). Nous
verrons dans le chapitre 14 que les cellules végétales conservent en général une forte aptitude à la
dédifférenciation, à la prolifération et à la régénération de plantes entières (totipotence), ce qui
conduit, d’une part, à de grandes possibilités de
multiplication végétative naturelle et à toutes les
pratiques de la propagation artificielle, d’autre
part.
2. MÉCANISMES MOLÉCULAIRES
DE LA DUPLICATION
DU MATÉRIEL GÉNÉTIQUE
2.1. Principe de la réplication de l’ADN
La molécule d’ADN (dont la structure a été élucidée en 1953) contient en elle-même son propre
principe de réplication : la complémentarité stérique des bases A et T, ainsi que celle des bases G
et C, permet de comprendre comment chaque brin
est capable de dicter la séquence de son complément et peut servir de matrice pour la synthèse
d’un deuxième brin. Les différentes étapes de ce
processus sont prévisibles : 1) séparation des deux
brins (dénaturation) ; 2) alignement de nucléotides
successifs complémentaires sur chacun d’eux ;
3) soudure (ligature) des différents nucléotides
pour former une chaîne continue ; 4) séparation
des deux molécules filles.
Sur la base de ce principe, différentes modalités
de synthèse ont historiquement été envisagées ;
elles seront présentées plus loin. En fait, la réponse
à ces questions était apportée chez les Bactéries
par M. M ESELSON et F. S TAHL dès 1958. Ces auteurs
ont mis au point et développé la technique analytique de centrifugation en gradient de chlorure de
césium (CsCl) décrite dans le chapitre 3. On rappelle simplement qu’elle permet de séparer des
molécules d’ADN possédant en solution des densités de flottaison très voisines (1,710 et
1,717 g.cm
–3
, par exemple). Des légères différences
de densité de ce type sont obtenues lorsque l’ADN
est enrichi en atomes de l’isotope stable et lourd
de l’azote :
15
N, au lieu de l’isotope le plus courant :
14
N.
L’expérience conduite par M ESELSON et S TAHL
est la suivante : une souche de Escherichia coli est
cultivée pendant de nombreuses générations dans
un milieu de culture contenant des sels d’azote
(NH 4
+
ou NO 3
–
) très enrichis en
15
N. Toutes les
molécules azotées de ces cellules, et en particulier
leur ADN, portent donc en majorité des atomes
d’azote
15
N. Après purification, cet ADN est mis
en solution dans du CsCl concentré (6 M) ; au
cours de cette opération, le chromosome bactérien
est en général cassé en plusieurs centaines de morceaux. La technique d’ultracentrifugation en gradient de densité montre que cet ADN s’équilibre à