La prophase tardive, ou prométaphase, commence par la dislocation de l’enveloppe nucléaire, qui se décompose en petites vésicules membranaires qui ressemblent beaucoup au réticulum endoplasmique et ont tendance à rester visibles autour du fuseau mitotique. Pendant cette période, les chromosomes continuent de se condenser et se raccourcissent et s’épaississent progressivement jusqu’à ce qu’ils aient complètement formé les unités qui vont subir la mitose. Le nucléole, qui peut encore être présent dans certaines cellules, disparaît également complètement en prométaphase.

Présentée dans l’image de microscopie à fluorescence numérique ci-dessus, une cellule unique de rein de rat kangourou (PtK2) aux premiers stades de la prométaphase. La chromatine est colorée avec une sonde fluorescente bleue (DAPI), tandis que le réseau de microtubules (fuseau mitotique) est coloré en vert (Alexa Fluor 488) et les mitochondries cellulaires sont colorées avec un colorant rouge (MitoTracker Red CMXRos). Au cours de la prométaphase, les microtubules du fuseau mitotique sont maintenant libres d’entrer dans la région nucléaire, et la formation de complexes protéiques spécialisés appelés kinétochores commence sur chaque centromère. Ces complexes se fixent à un sous-ensemble de microtubules du fuseau, qui sont alors appelés microtubules de kinétochores. D’autres microtubules dans le fuseau (non attachés aux centromères) sont appelés microtubules polaires, et ceux-ci aident à former et à maintenir la structure du fuseau ainsi que les microtubules astraux, qui restent à l’extérieur du fuseau.

La limite entre la prophase et la prométaphase est déterminée par le début rapide de la phosphorylation dans toute la lamelle nucléaire déclenchée par l’activation d’une enzyme appelée protéine kinase induisant la mitose (en abrégé MPF). Le complexe de la membrane nucléaire est alors désagrégé en vésicules, exposant les chromosomes condensés au réseau microtubulaire en expansion du fuseau mitotique. Au microscope optique, les vésicules de la membrane nucléaire, qu’il est pratiquement impossible de distinguer de portions désagrégées similaires du réticulum endoplasmique, peuvent être visualisées dans la région entourant le fuseau en croissance.

Lorsque les microtubules des kinétochores se fixent à leurs récepteurs sur les kinétochores des chromatides, les chromosomes sont mis en mouvement agité et se déplacent rapidement d’avant en arrière sous l’effet de la tension exercée par le fuseau. Simultanément, les microtubules polaires émanant des centrosomes interagissent les uns avec les autres pour former un réseau d’interconnexion entre les chromosomes et établir davantage la structure du fuseau mitotique. Les kinétochores sont assemblés au centromère de chaque chromatide pour donner deux kinétochores par chromosome. Finalement, à l’anaphase, les microtubules des cinétochores vont tirer les chromatides sœurs vers les pôles opposés du fuseau mitotique pour s’assurer que chaque cellule fille reçoit un complément génétique complet de chromosomes.

La complexité de la relation entre les cinétochores et le fuseau mitotique reflète la nécessité d’une distribution précise du matériel génétique entre les cellules qui se divisent. L’erreur la plus courante dans la mitose est l’absence de séparation entre les chromatides sœurs, ce qui fait qu’une des deux cellules filles reçoit les deux copies de chromosomes. Cette erreur, qui se produit environ une fois sur 100 000 divisions cellulaires, peut se produire si les chromatides ne se fixent pas au bon pôle du fuseau ou si une paire de chromatides ne se fixe qu’à un seul pôle. Dans certains cas, les deux chromatides sœurs, bien que correctement assemblées dans l’appareil du fuseau mitotique, ne parviennent tout simplement pas à se séparer à l’anaphase.