[News] Les microtubules « sentent » le volume cellulaire

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[News] Les microtubules « sentent » le volume cellulaire

Message par Adrien » 22/06/2018 - 1:00:08

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 cellulaire. Une équipe de l’Institut Jacques Monod a identifié un mécanisme dépendant des microtubules, permettant au fuseau mitotique d'adapter sa taille tout en maintenant un temps d'assemblage constant. Ce mécanisme pourrait permettre aux cellules de se diviser avec succès quelles que soient leurs tailles.

Image
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 cellulaire. La vitesse 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 du fuseau mitotique. Cette régulation de la dynamique 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. Ces 10 dernières années, l’étude des mécanismes d’adaptation à la taille des cellules est devenu un sous-domaine important de la biologie 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 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.

Source: CNRS-INSB

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