Les microtubules "sentent" le volume cellulaire
Publié par Adrien le 22/06/2018 à 01:00
Source: CNRS-INSB
Lors du développement embryonnaire précoce, l'embryon maintient un volume constant alors que ses cellules se divisent rapidement, conduisant à la réduction progressive du volume cellulaire. Le fuseau mitotique qui sépare les chromosomes lors des divisions cellulaires est capable d'adapter sa taille au volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) cellulaire. Une équipe de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) Jacques Monod a identifié un mécanisme dépendant des microtubules, permettant au fuseau mitotique d'adapter sa taille tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en maintenant un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d'assemblage constant. Ce mécanisme pourrait permettre aux cellules de se diviser avec succès quelles que soient leurs tailles.


Figure: Images d'un marqueur membranaire en microscopie confocale des premiers stades du développement embryonnaire d'un nématode C. elegans. Les couleurs sont artificielles et correspondent aux différents stades du développement. Le volume cellulaire est progressivement réduit à chaque 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 "multiplication par ce...) cellulaire. La vitesse (On distingue :) de polymérisation des microtubules est réduite proportionnellement au volume cellulaire. La réduction de la vitesse de polymérisation génère des microtubules plus court réduisant ainsi la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) du fuseau mitotique. Cette régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des microtubules permet d'assembler un fuseau mitotique et d'assurer l'alignement des chromosomes en un temps constant et indépendant du volume cellulaire.
© Julien Dumont & Benjamin Lacroix

Les cellules d'un même organisme peuvent avoir des tailles très différentes et les réactions biochimiques et les structures intracellulaires doivent donc s'adapter à ces changements de dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son...). Ces 10 dernières années, l'étude des mécanismes d'adaptation à la taille des cellules est devenu un sous-domaine important de la 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...) cellulaire et de la biologie du développement notamment par l'étude du développement embryonnaire précoce des métazoaires au cours duquel les divisions cellulaires successives en l'absence de croissance conduisent à la réduction progressive du volume cellulaire.

Le fuseau mitotique est la structure qui assure l'alignement et la ségrégation des chromosomes lors des divisions cellulaires eucaryotes. Le fuseau mitotique est capable d'adapter sa taille au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure de la réduction du volume cellulaire au cours du développement embryonnaire. Alors que ce processus d'adaptation est conservé dans de nombreux eucaryotes, le mécanisme permettant cette adaptation reste peu connu.

Les chercheurs se sont intéressés au rôle des microtubules dans ce phénomène. Les microtubules sont des filaments du cytosquelette composés d'hétérodimères de tubuline. Ces hétérodimères forment des polymères dynamiques capables de s'assembler et de se désassembler. Ces propriétés dynamiques sont essentielles à la division cellulaire et l'assemblage du fuseau mitotique. En observant la dynamique des microtubules lors du développement embryonnaire du nématode C. elegans et de l'oursin P. lividus, les chercheurs ont mis en évidence que la vitesse de polymérisation des microtubules était réduite à chaque division cellulaire.

En combinant des approches expérimentales à des simulations in silico ils ont démontré que la vitesse de polymérisation des microtubules était "sensible" au volume cellulaire. Cette diminution de vitesse permet aux microtubules et au fuseau mitotique d'avoir une taille adaptée à la cellule. Cette régulation permet également au fuseau mitotique d'avoir un temps d'assemblage constant et indépendant de la taille des cellules. Ainsi, l'assemblage d'un large fuseau mitotique ne requiert pas plus de temps que celui d'un fuseau de petite taille.

Les premières divisions embryonnaires étant extrêmement rapides, cette adaptation pourrait être un des mécanismes assurant la fidélité de la ségrégation des chromosomes et la robustesse du développement embryonnaire précoce.
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