La division d'une cellule se produit quand elle est assez grande...

... mais comment elle le sait ?

Evidemment elle ne le sait pas ! Une telle formulation impliquerait une conscience chez la cellule et encourage une vision animiste où les cellules veulent grandir, les bactéries veulent nous rendre malades etc. Penser toute la biologie en termes d'intention va constituer un obstacle pour comprendre les mécanismes qui sont au coeur de la biologie actuelle et particulièrement de l'évolution.

Donc :Quel mécanisme active la division quand la cellule est assez grande ?

On sait bien que les cellules se divisent lorsqu'elles ont atteint une taille donnée. Comment une taille donnée peut activer la division était encore mystérieux jusque récemment et la question souvent éludée. (Cf par exemple le dossier du CNRS avec une belle animation : "La cellule continue de grossir et synthétise des protéines en vue de la mitose.").

Quel effet aurait une division à n'importe quel moment ?

Cette taille à partir de laquelle la cellule se divise doit être précisément mesurée. En effet si la cellule se divise trop tôt, les cellules seront plus petites à chaque division et si c'est trop tard, les cellules deviendront à chaque cycle plus grandes. Il y a donc un mécanisme qui mesure la taille de la cellule.

Activer CDK c'est activer la mitose

On savait déjà que le complexe cyclin-dependent kinase (CDK) en se liant a des cyclines est au coeur de l'activation de la réplication de l'ADN et de la mitose. Et plusieurs mécanismes contrôlent son activation. (Approfondissmement ici dans le Alberts on-line )

Deux études indépendantes par Martin et Berthelot-Grosjean (de Lausanne) et par Moseley et al. rapportées par Kenneth E. Sawin dans Nature News and Views ont démontré qu'il s'agit d'un gradient d'une protéine produite aux extrémités de la cellule qui inhibe la division en bloquant une protéine sur la membrane au milieu de la cellule. au moins chez les levures (Schizosaccharomyces pombe).

Pom1 aux extrémités diffuse au centre et bloque la division

Ces études ont montré que la protéine Pom1 est produite durant l'interphase aux extrémités de la cellule, qu'elle diffuse et inhibe les protéines Cdr1 et Cdr2 situées au milieu de la cellule (cf figure 1 : nodes) et une cascade d'évènements inactive CDK. Quand la cellule atteint une certaine taille, la concentration de Pom1 parvenant à des molécules Cdr situées au centre (nodes) ne suffit plus à inhiber cette cascade et CDK cesse d'être bloquée : elle est activée et la mitose s'enclenche.

Fig 1 :La concentration de la protéine kinase Pom1 (dégradé vert) est maximale aux extrémités de la cellule. a) Elle active des protéines cdr (rouge ou bleu selon son état d'activation qui inactivent la cyclin-dependent kinase (CDK) et empêche l'entrée en mitose. b) Quand les cellules sont plus allongées le gradient de Pom1 n'atteint pas les nodes (points rouges), et finalement entraine la phosphorylation de Cdk1 et l'entrée dans la mitose.[img]Source : Sawin, K. E.

Pour Sawin, ce modèle est élégant, mais pose aussi de nouvelles questions... Comment Pom1 inhibe-t-il Cdr2 ? Et la généralité de ce mécanisme reste une question ouverte : on a des raisons de penser que d'autres mécanismes existeraient. L'accès aux base de données bioinformatiques des protéines permet d'explorer en classe avec les élèves cette question d'autres organismes ont-ils aussi POM1 ? On peut chercher la protéine POM1 et observer chez quels organismes elle est disponible.

• La protéine POM1 : toutes les entrées pour des protéines de ce nom
• La protéine POM1 chez la levure ( Schizosaccharomyces pombe) sur Uniprot : Q09690

Actuellement on dispose d'informations dans cette base attestant son existence chez plusieurs organismes eucaryotes, des parasites, des champignons et des moustiques. Evidemment cela pose plus de questions que cela ne donne de réponses, mais au moins l'existence de cette protéine chez d'autres organismes est une petite pierre posée pour mieux comprendre l'évolution plus tard. On peut voir ces entrées réparties par taxonomie ici.
Fig 2 :POM1 est présent chez plusieurs organismes [img]Source UniProt

Cette répartition par groupe taxonomique peut être produite aisément – et même par les élèves – pour n'importe quelle protéine par exemple pour l'insuline. Une démarche expérimentale est possible en guidant les élèves à travers ces bases de données... cf cours de formation à l'infobiologie.

Des documents pour les élèves en français ?

Science et Vie fait allusion à cette publication en la vulgarisant et offre au lecteur une vision simplifiée : ce ne serait que POM1.

• "Ce qui déclenche la division cellulaire" -Science et Vie -VIII-09 extraits intranet.jpg

Cette brève de recherche permet déjà de dépasser la vision magique ou animiste : on propose un mécanisme possible, de nature moléculaire mais sans l'intégrer dans un ensemble de voies biochimiques où il prendrait tout son sens. L'usage qu'on envisage de ce document est donc décisif autant que son contenu. La question du niveau de formulation souhaité pour les documents dépend du niveau des élèves, de l'accompagnement dont ils vont disposer, et de leur focalisation par des questions qu'ils se seraient appropriées. un document destiné à susciter le questionnement n'est pas le même qu'un document destiné à donner des réponses à un élève qui s'est approprié une question. Et le document que le-la maitre-sse souhaite est parfois plus proche de la publication d'origine que celui pour les élèves. Ces Bio-Tremplins veulent faciliter l'accès de chacun aux document appropriés dans cette percolation depuis la publication d'un article de recherche, par des résumés dans Nature ou Science puis La Recherche et Science et Vie.

Sources

• Alberts, B., Bray, D., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Watson, J. (2002). Molecular biology of the cell. New York. On-line
• "Ce qui déclenche la division cellulaire" -Science et Vie -VIII-09 extraits intranet.jpg
• Martin, S. G. & Berthelot-Grosjean, M. Nature 459, 852–856 (2009). | Article |
• Moseley, J. B., Mayeux, A., Paoletti, A. & Nurse, P. Nature 459, 857–860 (2009). | Article |
• Sawin, K. E. (2009). Cell cycle: Cell division brought down to size. Nature, 459(7248), 782-783.

Mise à jour le 28 II 010 : correction du code et de quelques erreurs typographiques.