Des erreurs de répartition du matériel génétique corrigées par la tension cellulaire
Publié par Adrien le 15/11/2019 à 14:00
Source: CNRS INSB
Les erreurs de répartition du matériel génétique lors de la division cellulaire peuvent avoir des conséquences dramatiques sur la vie des cellules-filles. Dans une étude publiée dans la revue Current Biology, les chercheurs révèlent l'existence d'un mécanisme de correction des erreurs de répartition de l'ADN inédit dans lequel les changements de tension (La tension est une force d'extension.) cellulaire jouent un rôle essentiel.


Figure: Un excès de myosine (en magenta sur les images de droite) au cortex conduit à un mauvais positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et attractive au sein d’un marché et dans...) du sillon de division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la fonction...) lors de la première division des embryons de C. elegans. Les deux noyaux (contenant les chromosomes) sont alors présents dans une seule des cellules-filles (images du haut). La formation de bulles corticales induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens En architecture navale, le...) du sillon de division et d'un des noyaux, permettant ainsi une répartition équitable du matériel génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) (images du milieu et du bas).
© Anne Pacquelet

Lorsqu'une cellule se divise, son matériel génétique doit être réparti équitablement entre ses deux cellules-filles. Cette ségrégation du matériel génétique est une caractéristique essentielle de la division cellulaire. En effet, une mauvaise répartition de l'ADN provoque une aneuploïdie des deux cellules-filles qui peut conduire à leur transformation tumorale.

La bonne répartition des chromosomes lors de la division cellulaire est un processus complexe, qui repose sur le bon déroulement de plusieurs étapes successives. Le fuseau mitotique, une structure composée de microtubules se formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est...) au début de la division cellulaire, permet de séparer les chromosomes en deux lots égaux. Ce fuseau ainsi qu'une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on...) du cytosquelette, la myosine, sont ensuite capables de contrôler la formation d'un anneau circulaire, appelé sillon de division, clivant la cellule-mère entre les deux lots de chromosomes. Malgré l'existence de cette machinerie cellulaire sophistiquée, des erreurs peuvent se produire lors de la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs...) des chromosomes ou lors de la formation du sillon de division. Ces erreurs, en empêchant la bonne répartition du matériel génétique, peuvent avoir des conséquences dramatiques pour les cellules-filles. Mais des mécanismes capables de corriger certaines de ces erreurs existent. Plusieurs processus, impliquant des voies de signalisation biochimiques, permettent de corriger les erreurs se produisant lors de la séparation des chromosomes par le fuseau mitotique. Dans cette étude, les chercheurs ont mis en évidence l'existence d'un nouveau type de mécanisme, basé sur les changements des propriétés biophysiques des cellules et permettant de corriger des défauts de ségrégation de l'ADN provoqués par des erreurs dans le positionnement du sillon de division.

Pour ceci, ils ont utilisé l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de...) du vers Caenorhabditis elegans au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) une-cellule, dont la grande taille permet de facilement visualiser les étapes de la division. Ils ont observé plusieurs types d'embryons mutants dans lesquels le sillon (Le Sillon est un mouvement politique et idéologique français fondé par Marc Sangnier (1873 - 1950). Il vise à rapprocher le catholicisme de la République en offrant aux ouvriers une alternative aux mouvements de la...) de division est mal positionné par rapport au fuseau mitotique. Dans ces embryons, les erreurs de positionnement du sillon sont dues à un excès de myosine à un pôle de la cellule et conduisent initialement à des défauts majeurs de ségrégation des chromosomes: une cellule-fille hérite de tous les chromosomes alors que l'autre n'en a pas. Les chercheurs ont cependant eu la surprise d'observer que ces défauts sont corrigés en fin de division cellulaire. Cette correction est possible grâce au déplacement du sillon de division et à celui, dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...) opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à ajouté à n donne zéro. En botanique, les organes d'une plante sont dits opposés lorsqu'ils sont insérés au même...), d'un des noyaux contenant les chromosomes.

Ils ont alors combiné des expériences de génétique, des mesures de tension et de flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un...) et l'élaboration d'un modèle biophysique (La biophysique est une discipline à l'interface de la physique et la biologie où les outils d'observations des phénomènes physiques sont appliqués aux...) pour identifier les mécanismes permettant ces déplacements. Ils ont montré que l'excès de myosine à un pôle de la cellule provoque en effet un excès de tension qui induit la formation de "bulles" au niveau du cortex cellulaire. Ces bulles permettent tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'abord une expansion du cortex qui participe au déplacement du sillon de division. Puis, lorsque le sillon se ferme, le relâchement dû à la formation des bulles corticales crée une différence 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.) intracellulaire et aboutit à la création d'un fort flux cytoplasmique. Ce flux fournit la 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...) qui permet au sillon de continuer à se déplacer et entraine également le déplacement du noyau.

Ainsi l'excès de myosine qui provoque les erreurs de positionnement du sillon de division et les défauts initiaux de ségrégation des chromosomes modifie également les propriétés biophysiques de la cellule, notamment sa tension corticale. Les changements physiques - formation de bulles corticales et apparition de flux cytoplasmiques - qui s'ensuivent sont à l'origine des forces permettant le déplacement du sillon de division et du matériel génétique. Ces mécanismes biophysiques sont donc essentiels pour assurer la ségrégation équitable des chromosomes.

Pour en savoir plus:

Simultaneous regulation of cytokinetic furrow and nucleus positions by cortical tension contributes to proper DNA segregation during late mitosis.

Pacquelet, A., Jousseaume M., Etienne J., Michaux G.
Current Biology, 31 October 2019 https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.09.013

04.11.2019 | Des erreurs de répartition du matériel génétique corrigées par la tension cellulaire. 04.11.2019 Un excès de myosine (en magenta) au cortex conduit à un mauvais positionnement du sillon de division lors de la première division des embryons de C. elegans. Les deux noyaux (en jaune) sont alors présents dans une seule des cellules-filles. La formation de bulles corticales induit le déplacement du sillon de division et d'un des noyaux, permettant ainsi une répartition équitable du matériel génétique. Partager Audiodescription
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