Cycle cellulaire : phases G1, S, G2, M expliquées

Une cellule qui se divise ne le fait pas n'importe comment. Elle suit un programme strict, le cycle cellulaire, qui alterne croissance et division. Comprendre ce programme est essentiel — c'est aussi la clé pour comprendre les cancers, où le cycle est dérégulé.

Les quatre phases du cycle cellulaire

1. G1 (Gap 1) — phase de croissance pré-réplicative

La cellule grandit, synthétise des protéines, des ARN, des organites. Elle prépare sa machinerie pour la prochaine réplication. C'est la phase la plus variable en durée : de quelques heures (cellules en division active) à plusieurs jours (cellules différenciées).

À la fin de G1, un point de contrôle (point R, point restriction) vérifie : la cellule a-t-elle assez de ressources et de signaux pour entrer en phase S ? Si oui, elle s'engage. Si non, elle entre en phase G0 (sortie du cycle, quiescence).

2. S (synthesis) — réplication de l'ADN

L'ADN est dupliqué. Chaque chromosome, qui était à 1 chromatide en G1, devient à 2 chromatides identiques à la fin de S. La quantité totale d'ADN dans la cellule passe donc de 2C à 4C.

Durée typique : 6 à 8 heures chez une cellule humaine. La réplication démarre à des milliers d'origines de réplication réparties sur tous les chromosomes simultanément.

3. G2 (Gap 2) — phase de croissance post-réplicative

La cellule continue à croître. Elle synthétise les protéines nécessaires à la division (tubuline du fuseau, condensines pour la condensation chromosomique). Elle vérifie aussi que l'ADN a été correctement répliqué : un point de contrôle G2/M empêche l'entrée en mitose si l'ADN est endommagé.

Durée typique : 2 à 4 heures.

4. M (mitose) — division cellulaire

Phase la plus courte (~1 heure) mais la plus spectaculaire. Comprend la prophase, métaphase, anaphase, télophase, suivies de la cytocinèse qui sépare physiquement les deux cellules filles.

Résultat : 2 cellules identiques à la cellule mère, chacune avec 2n chromosomes à 1 chromatide.

L'interphase

L'ensemble G1 + S + G2 forme l'interphase : la cellule ne se divise pas, mais c'est loin d'être une phase "inactive". Elle représente 90 à 95 % de la durée totale du cycle.

Le contrôle moléculaire : cyclines et CDK

Le cycle est piloté par les complexes cycline-CDK (kinases dépendantes des cyclines). Chaque phase est gouvernée par un complexe spécifique :

• G1/S : cycline E / CDK2
• S : cycline A / CDK2
• G2/M : cycline B / CDK1 (le "MPF" — Maturation Promoting Factor)

Les cyclines sont synthétisées et dégradées en cascade. Leur concentration oscille, déclenchant les passages d'une phase à l'autre.

Les points de contrôle

Trois points de contrôle majeurs surveillent l'intégrité de la cellule :

1. G1/S (point R) : ressources suffisantes ? ADN intact ? Signaux mitogéniques présents ?
2. G2/M : ADN complètement répliqué ? Réparations terminées ?
3. Métaphase/Anaphase (SAC, Spindle Assembly Checkpoint) : tous les chromosomes attachés au fuseau ?

Si un point de contrôle détecte un problème, le cycle est arrêté. Si la cellule ne peut pas réparer, elle entre en apoptose. C'est ce système qui empêche normalement la propagation de mutations — et dont la défaillance conduit aux cancers.

Variantes selon le type cellulaire

• Neurones, cellules musculaires squelettiques : sortent définitivement du cycle après différenciation (G0 permanent).
• Cellules souches : cycle court, division rapide. Hématopoïétiques se divisent toutes les 12-24 h.
• Hépatocytes : en G0, mais peuvent réentrer en cycle après lésion (régénération hépatique).
• Cellules tumorales : points de contrôle dérégulés, cycle accéléré.

Le cycle cellulaire est l'un des programmes biologiques les plus universels et les mieux étudiés. Tu en retrouveras les éléments-clés à chaque chapitre de biologie cellulaire — de la croissance embryonnaire au cancer en passant par la régénération tissulaire.