Division cellulaire : quand la rigidité des microtubules guide le fuseau mitotique
Lorsqu’une cellule se divise, son fuseau mitotique doit être précisément positionné et orienté. Dans une étude publiée dans PLoS Genetics, des scientifiques, notamment de l'Institut de Génétique & Développement de Rennes (CNRS/Université de Rennes), montrent chez le ver Caenorhabditis elegans que la protéine ZYG-8 contribue en renforçant la rigidité des microtubules. Un mécanisme qui pourrait éclairer le rôle de son équivalent humain DCLK1, fréquemment dérégulé dans les cancers.
Un fuseau mitotique soumis à un équilibre de forces
Lors de la division cellulaire, le fuseau mitotique assure la séparation des chromosomes entre les deux cellules filles. Mais son rôle ne s’arrête pas là : sa position et son orientation dans la cellule contribuent également à déterminer la taille et le devenir des cellules produites. C’est notamment le cas lors des divisions asymétriques, qui donnent naissance à deux cellules aux destins différents.
Dans une étude publiée dans PLoS Genetics, les scientifiques se sont intéressés au zygote du ver microscopique Caenorhabditis elegans, organisme modèle très utilisé en biologie. Chez celui-ci, le positionnement du fuseau repose sur des forces exercées par les microtubules, de longs filaments qui constituent une partie du squelette de la cellule. Certains microtubules issus du fuseau atteignent la périphérie de la cellule, appelée cortex, où s’exercent des forces de poussée et de traction. Leur équilibre permet de positionner et d’orienter correctement le fuseau.
Des mutations du gène zyg-8 perturbent ce positionnement. La protéine ZYG-8 appartient à la famille des protéines Doublecortine, connues pour se lier aux microtubules. Son équivalent chez l’être humain est la protéine DCLK1. Les protéines de cette famille sont généralement considérées comme des régulateurs de la stabilité des microtubules. Pourtant, ZYG-8 ne modifie que modérément leur croissance et leur formation dans le zygote de C. elegans. Comment expliquer alors les importants défauts de positionnement du fuseau observés après sa mutation ?
ZYG-8 rigidifie les microtubules
Pour répondre à cette question, les scientifiques ont modifié de plusieurs façons l’activité de ZYG-8 : en diminuant sa production par ARN interférent, en la surexprimant ou encore en utilisant un mutant thermosensible dans lequel ZYG-8 ne peut plus se lier aux microtubules à température élevée.
Ces perturbations modifient les oscillations des pôles du fuseau ainsi que le comportement des microtubules lorsqu’ils atteignent le cortex cellulaire. Surtout, les effets observés diffèrent de ceux provoqués par des perturbations affectant uniquement la dynamique de croissance et de rétrécissement des microtubules. ZYG-8 agit donc par un mécanisme supplémentaire.
Les scientifiques montrent que ce mécanisme repose sur une propriété physique des microtubules : leur rigidité. Lorsque ZYG-8 est absente ou ne peut plus se fixer aux microtubules, ceux-ci se courbent plus fréquemment et se déforment davantage. Des simulations informatiques montrent qu’une diminution de leur rigidité prolonge leur contact avec le cortex, résultat également observé expérimentalement dans les embryons privés de ZYG-8.