Cycle cellulaire
Reproduction cellulaire : mitose
Prométaphase

La prométaphase correspond à l’étape où les structures préparées durant la prophase deviennent pleinement actives au contact direct du fuseau mitotique.

Événements cellulaires de la prométaphase

1. La rupture de l’enveloppe nucléaire met en communication directe les chromosomes avec les microtubules du fuseau, dans un contexte d’activité mitotique élevée dominée par le complexe cycline B/CDK1 (MPF), déjà amorcée en prophase, déclenchant la mobilisation du système de surveillance et engageant une phase de réorganisation dynamique.

• La dislocation coordonnée des lamines A/C et B fragmente l’enveloppe nucléaire en vésicules membranaires, tandis que les complexes du pore nucléaire se désassemblent.
• Cette rupture abolit la frontière entre noyau et cytoplasme, permettant aux microtubules du fuseau mitotique d’atteindre directement les chromosomes et d’initier les premières interactions avec les kinétochores.

2. L’exposition des kinétochores déclenche immédiatement leur activation fonctionnelle.

a. La mise à nu des couches interne et externe du kinétochore, structurées en prophase, permet le recrutement rapide des facteurs de surveillance (point de contrôle du fuseau (SAC)).

Cette exposition active MPS1 sur les kinétochores non attachés, amorçant la cascade de phosphorylation des motifs MELT de KNL1 et préparant la mise en place du système de surveillance mitotique.

b. La capture initiale des chromosomes repose sur des attachements microtubulaires instables et hautement dynamiques.

• Les microtubules en croissance contactent d’abord les kinétochores de manière latérale via la corona fibreuse, dont le complexe RZZ (ROD-ZW10-Zwilch), Spindly et la dynéine facilitent l’engagement initial et le transport des chromosomes le long des microtubules ( attachement latéral des microtubules).
• Ces interactions latérales sont ensuite converties en attachements terminaux (end-on) par le complexe KMN (KNL1-Mis12-Ndc80), qui assure l’ancrage direct des extrémités des microtubules aux kinétochores.

Cette phase est caractérisée par une forte instabilité, des cycles rapides d’association/dissociation et une exploration spatiale nécessaire à l’établissement progressif des attachements amphitéliques.

3. La congrégation des chromosomes désigne le mouvement progressif et coordonné des chromosomes depuis des positions initialement dispersées vers la région centrale du fuseau, sous l’effet des premières interactions kinétochoriennes encore instables.

a. Ce processus débute dès l’établissement des attachements kinétochoriens latéraux, puis end-on stables, et résulte de l’action combinée :

• des forces motrices exercées par les microtubules kinétochoriens, par alternance polymérisation/dépolymérisation des extrémités associée au complexe NDC80, générant des forces de traction et de correction des attachements,
• de la dynamique des extrémités microtubulaires, par l'instabilité dynamique régulée par la kinésine-13
  Kif2C/MCAK et CLASP1/2 ajustant la longueur et la persistance des attachements,
• de l’activité de moteurs moléculaires, associés :
  • aux kinétochores, par la dynéine-dynactine, via la corona fibreuse et Spindly, impliquée dans les mouvements initiaux et le transport vers les pôles,
  • aux bras chromosomiques par les chromokinésines KIF22 (Kid) et KIF4A, générant des forces d’éjection polaires contribuant au recentrage progressif des chromosomes.

b. La congrégation en prométaphase reste transitoire et incomplète, et ne correspond pas à l’alignement métaphasique, qui ne sera atteint qu’après la stabilisation des attachements amphitéliques et l’établissement d’un équilibre mécanique bilatéral.

4. L’organisation dynamique du fuseau mitotique consolide la bipolarité et synchronise les interactions avec les chromosomes.

Les microtubules polaires s’allongent depuis les pôles centrosomaux, stabilisés par l’activité coordonnée des moteurs moléculaires, ce qui renforce la distance et la tension entre les deux pôles.

Cette organisation bipolaire assure une orientation correcte des forces mécaniques et permet la convergence des chromosomes vers la zone équatoriale en vue de la métaphase.

Régulations moléculaires de la prométaphase

La prométaphase correspond à une phase de contrôle actif, au cours de laquelle l’entrée en mitose, amorcée en prophase sous l’effet du complexe cycline B/CDK1 (MPF), est temporairement suspendue afin de garantir la mise en place correcte des attachements chromosome-fuseau.

Cette suspension repose principalement sur l’activation du point de contrôle du fuseau (SAC), dont l’effecteur, le complexe MCC (Mitotic Checkpoint Complex), inhibe l’APC/C^Cdc20 qui empêche ainsi la dégradation de la cycline B.

Le maintien de l’activité cycline B/CDK1 inhibe le passage à la métaphase tant que tous les kinétochores ne sont pas correctement attachés.

1. L’exposition des kinétochores aux microtubules initie le signal du point de contrôle du fuseau (SAC) qui pilotera les régulations de la prométaphase.

• Après la rupture de l’enveloppe nucléaire, les kinétochores non attachés recrutent et activent la kinase MPS1.
• MPS1 phosphoryle les motifs MELT de KNL1, permettant le recrutement du module Bub1:Bub3 et l’établissement de la plate-forme moléculaire du point de contrôle du fuseau.

2. Les kinétochores non attachés génèrent un signal inhibiteur diffusible sous la forme du complexe MCC (Mitotic Checkpoint Complex).

• L’activation locale du SAC conduit à l’assemblage du pré-MCC, i.e. C-Mad2-Cdc20, puis du complexe MCC complet par l’association de Mad2, BubR1, Bub3 et Cdc20.
• Chaque kinétochore dépourvu d’attachement correct agit ainsi comme une source continue de signal inhibiteur.

3. Bien que la prométaphase précède morphologiquement la métaphase, elle met en place le verrou moléculaire qui conditionne la transition métaphase-anaphase.

• Le complexe MCC inhibe l’APC/C^Cdc20 et empêche la transition métaphase-anaphase.
• En effet, le MCC diffuse dans le cytoplasme et inhibe l’APC/C^Cdc20, empêchant la dégradation de la sécurine et de la cycline B.

4. En parallèle de l’activité du SAC, les kinases Plk1 et Aurora coordonnent la dynamique du fuseau et la correction des attachements ( fuseau en prométaphase).

• Plk1 stimule la dynamique des microtubules, favorise la maturation des pôles et renforce la propagation du signal cycline B/CDK1, accélérant la synchronisation mitotique.
• Aurora A, localisée principalement aux pôles du fuseau et au matériel péricentriolaire, stabilise l’organisation du fuseau bipolaire, favorise la nucléation et la dynamique des microtubules polaires, et contribue indirectement à la capture efficace des chromosomes et à la correction précoce des attachements en prométaphase.
• Aurora B, localisée au sein du complexe CPC (Chromosomal Passenger Complex), détecte les attachements erronés en absence de tension et phosphoryle les composants du KMN pour corriger les liaisons incompatibles avec la biorientation.

Passage à la métaphase

La transition vers la métaphase devient possible lorsque tous les kinétochores établissent des attachements biorientés stables, ce qui éteint le signal du point de contrôle du fuseau (SAC) et lève l’inhibition de l’APC/C^Cdc20.

Cette levée de contrôle autorise l’alignement durable des chromosomes sur la plaque équatoriale et marque l’entrée dans la métaphase.