Un bon massage du noyau pour un bon transcriptome !
Publié par Adrien le 13/10/2019 à 08:00
Source: CNRS INSB
Les chercheurs ont découvert la signification biologique du centrage du noyau en fin de phase de croissance ovocytaire chez la souris. En effet, le réseau d'actine qui permet le positionnement du noyau au centre de l'ovocyte de souris agite dans le même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) l'enveloppe nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) et la chromatine sous-jacente, régulant l'expression des gènes à ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.). En l'absence de ce mécanisme de mécano-transduction, le stock d'ARNm maternel est altéré, compromettant le développement embryonnaire futur. Ce travail a été publié dans la revue Developmental Cell.

Dans la plupart des espèces la position excentrée du noyau ovocytaire pré-définit les axes du futur embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de l’œuf ou zygote jusqu’au stade où les principaux...) puis de l'adulte. Chez l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...) et la souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie ou de laboratoire, mais aussi...), le noyau est centré en fin de croissance ovocytaire, l'ovocyte (L'ovocyte est la cellule sexuelle femelle des métazoaires. Seuls quelques-uns évolueront en ovules après maturation.) n'a pas de polarité, il n'y a donc pas de définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) des axes embryonnaires par la position nucléaire. Ceci soulève la question suivante: pourquoi centrer le noyau dans ces espèces alors que l'ovocyte se divise par la suite très asymétriquement en taille, préservant ainsi ses réserves d'origine maternelle, et que des chromosomes excentrés sont nécessaires aux divisions asymétriques de cette énorme cellule ?



En haut: Dans l'ovocyte de souris, le centrage du noyau par l'actine cytoplasmique affecte aussi sa forme. Dans des ovocytes mutants dépourvus d'actine cytoplasmique (Fmn2 -/- , invalidés pour le nucléateur de l'actine, Formine 2) dont le noyau est excentré, la forme est altérée. Le recentrage permet au noyau de retrouver une forme régulière.
En bas: Modèle de mécano-transduction. Les forces générées par le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) d'actine lors du centrage agitent le noyau, et se transmettent à l'intérieur du noyau à travers l'enveloppe nucléaire. La chromatine est ainsi plus mobile, modulant l'expression de certains gènes.
© Maria Almonacid

Lors de travaux précédents, les chercheurs avaient découvert que la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) active de vésicules d'actine, via le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail...) moléculaire Myosine Vb, génère un gradient de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) et une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force (vertu) »...) de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice l'énergie fournie par le milieu extérieur ou par...) suffisante pour faire bouger le noyau ovocytaire vers le centre. Ces forces exercées par l'actine cytoplasmique ont aussi un impact sur l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) nucléaire. En effet, les noyaux d'ovocytes qui ne présentent pas de réseau d'actine cytoplasmique (ovocytes mutants ou traités par des drogues affectant l'actine), dont les noyaux ont excentrés, sont déformés par rapport à ceux des ovocytes contrôles et leur chromatine (complexe structurant l'ADN via des protéines spécifiques, les histones) apparaît décondensée.

En développant une approche de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres...) computationnelle, les chercheurs ont pu quantifier ces différences d'architecture nucléaire entre plusieurs catégories d'ovocytes. En l'absence de forces cytoplasmiques agissant sur le noyau, l'enveloppe nucléaire fluctue moins, étant soumise à moins de déformations. Néanmoins, une analyse en fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans précision, on...) des fluctuations de l'enveloppe nucléaire, couplée à une modélisation bio-physique, suggère que les propriétés mécaniques de l'enveloppe ne sont pas altérées dans les ovocytes sans réseau d'actine cytoplasmique, mais que cette dernière est soumise à plus d'agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs pour rendre une ou plusieurs de ces caractéristiques homogènes. Plusieurs types...) en présence de la diffusion active générée par les vésicules d'actine.

Cette agitation est transmise, certes avec une dissipation d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), à la chromatine qui est plus mobile quand le réseau d'actine est présent. Par un mécanisme actuellement à l'étude, la production des ARNs par le génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le génome est porté par des...) (transcriptome) est ainsi altérée dans les ovocytes sans réseau d'actine cytoplasmique. Ainsi le mécanisme qui assure le centrage du noyau en fin de croissance ovocytaire chez la souris module aussi l'expression des gènes à ce stade. Contrairement au dogme prévalant, quelques loci sont encore actifs en fin de croissance ovocytaire et semblent répondre à la mécano-transduction provenant des microfilaments cytoplasmiques. Ainsi le centrage du noyau en fin de croissance du follicule permet de contrôler le stock d'ARNm maternels, indispensable à la qualité du gamète femelle (En biologie, femelle (du latin « femella », petite femme, jeune femme) est le sexe de l'organisme qui produit des ovules, dans le cadre d'une reproduction anisogamique.) et à son potentiel développemental après fécondation (La fécondation, pour les êtres vivants organisés, est le stade de la reproduction sexuée consistant en une fusion des gamètes mâle et femelle en une cellule...).

Pour en savoir plus:

Active fluctuations of the nuclear envelope shape the transcriptional dynamics in oocytes
Almonacid M, Al Jord A, El-Hayek S, Othmani A, Coulpier F, Lemoine S, Miyamoto K, Grosse R, Klein C, Piolot T, Mailly P, Voituriez R, Genovesio A, Verlhac MH.
Developmental Cell October 10, 2019 https://doi.org/10.1016/j.devcel.2019.09.010

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