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A quoi servent les centrioles et la matrice des centrosomes ?

A quoi servent les centrioles et la matrice des centrosomes ?


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Dans les centrosomes, les complexes annulaires gamma-tubuline (gamma-TuRC) situés à la surface sont essentiels en tant que site de nucléation pour la croissance (avec polarité) des microtubules.

Cependant, je vois qu'il y a aussi un centriole (constitué de 2 unités de centriole dans une structure en forme de T) et une matrice centrosomique. Selon Wikipedia, il semble que sans centrioles, les cellules peuvent toujours fonctionner normalement et se développer (veuillez me corriger si je me trompe), et il semble que je ne trouve pas beaucoup d'informations sur Internet suggérant l'utilisation à la fois des centrioles et de la matrice centrosomique.

Par conséquent, je voudrais demander quelle est la signification fonctionnelle? Et je voudrais demander si nous sommes capables de faire une sphère synthétique avec beaucoup de gamma-TuRC à sa surface (sans aucun rejet), la cellule peut-elle effectuer un cycle cellulaire normal ?


C'était trop long pour un commentaire.

Il serait utile que vous indiquiez ce que vous entendez exactement par "les cellules peuvent toujours fonctionner normalement et se développer".

Il y a quelques observations liées à votre question sur l'absence de centrioles (de votre page wiki) :

  1. Chez la drosophile, la mitose et le développement peuvent se produire dans une certaine mesure chez les mutants centriolaires, mais « ils meurent peu de temps après la naissance » en raison d'anomalies flagellaires et ciliaires.

  2. Certains organismes n'ont pas de centrioles et utilisent d'autres mécanismes (par exemple les angiospermes).

Ainsi, dans les sections de votre page wiki "Fertilité", "Ciliogenèse", etc., celles-ci répertorient la signification fonctionnelle des centrioles.

Si vous voulez dire "quel est le rôle des centrioles dans la mitose", alors nous avons bien sûr une question distincte. Vous pouvez trouver beaucoup de ressources sur ce sujet via les recherches google.

Quant à votre dernière question, à propos de la sphère synthétique, vous devrez expliquer l'expérience de manière beaucoup plus détaillée - par exemple, qu'entendez-vous par « sphère synthétique » ? Une sphère définie par une bicouche lipidique avec du gamma-TuRC (par exemple) à sa surface et aucune autre caractéristique n'est pas une cellule et ne passera pas par un cycle cellulaire.


Les centrosomes comme centres de commande pour le contrôle cellulaire

Pendant près d'un siècle, notre compréhension de la minuscule structure au centre de la cellule appelée centrosome s'est limitée à sa capacité à organiser des fuseaux mitotiques et d'autres réseaux de microtubules. Cependant, des études récentes ont indiqué de nouveaux rôles pour les centrosomes dans la cytokinèse et la progression du cycle cellulaire.

Le centrosome est positionné au centre des cellules en interphase au foyer d'un réseau radial de microtubules. Les microtubules sont des polymères composés de sous-unités α- et -tubuline, et leur croissance est initiée dans la région périphérique du centrosome (la matrice péricentriolaire) par un complexe contenant une protéine apparentée appelée γ-tubuline 1,2. Au cœur du centrosome se trouve une paire d'assemblages de microtubules spécialisés en forme de tonneau de fonction inconnue appelés centrioles. Les centrioles et la matrice péricentriolaire environnante définissent le centrosome comme l'un des organites non membranaires les plus complexes de la cellule. Malgré leur complexité structurelle et moléculaire, la seule fonction bien caractérisée des centrosomes est de nucléer et d'organiser des réseaux de microtubules polarisés qui génèrent la polarité cellulaire et forment le cadre structurel des fuseaux méiotiques et mitotiques. Une frontière émergente dans la biologie des centrosomes concerne le rôle de cet organite dans l'ancrage des molécules régulatrices par le biais d'interactions avec des protéines d'échafaudage 3,4. Malgré une liste rapidement croissante de telles protéines et activités régulatrices associées aux centrosomes, il y a eu très peu de liens directs entre leur localisation dans le centrosome et des fonctions cellulaires spécifiques. Cependant, trois articles récents 5,6,7 fournissent un tel lien. En utilisant différentes approches expérimentales, les trois études ont fourni des preuves pour lier l'activité des centrosomes à l'achèvement de la division cellulaire (cytokinèse) et à l'activation de la réplication de l'ADN (entrée en phase S).


Introduction

L'appareil centrosome, comme son nom l'indique, a été au centre de la biologie cellulaire (1, 2). Structurellement, chaque centrosome contient deux centrioles. Dans les cellules animales au repos, les centrioles formeront des cils, qui fonctionnent comme une antenne de détection et ont été associés à de nombreuses ciliopathies (35 types) dues à des défauts de développement ou à un déséquilibre de l'homéostasie (3). Dans les cellules en division, les centrioles construisent la structure centrosomale en assemblant la matrice de matériau péricentriolaire (PCM) autour d'elle, comprenant ainsi les centres d'organisation des microtubules et exerçant divers effets cellulaires passant par le système du cytosquelette des microtubules. La perturbation des centrioles ou des structures centrosomes fera des ravages sur de nombreux processus biologiques (1, 2). Le cycle des centrosomes doit être en parfaite synchronisation avec le cycle cellulaire (4). Il se réplique lors de la synthèse de l'ADN, et les deux se produisent une et une seule fois par cycle cellulaire. Il se sépare au fur et à mesure que les chromosomes se séparent et émane de l'appareil à fuseau pour assurer une ségrégation fidèle des chromatides sœurs. Par conséquent, le nombre et le moment de la séparation doivent être sous contrôle strict afin qu'une mitose réussie s'ensuive.

Des recherches antérieures ont révélé que la duplication, la maturation, la disjonction, la séparation et la dégradation des centrosomes sont affinées par un réseau complexe de kinases, de phosphatases, d'ubiquitine E3 ligases (5) ainsi que de N-acétylglucosamine (O-GlcNAc) transférase liée à l'O. (OGT). OGT est le seul rédacteur pour la modification O-GlcNAc. Environ 2&# x020135% du glucose que nous consommons chaque jour est dérivé dans la voie de biosynthèse de l'hexosamine (HBP) pour générer UDP-GlcNAc (6, 7), qui est le groupe donneur de la fraction GlcNAc aux résidus Ser/Thr du substrat protéines. Aujourd'hui, une incursion de quatre décennies dans cette mystérieuse modification a révélé qu'elle pourrait se croiser avec d'autres modifications post-traductionnelles (PTM) et réguler divers processus biologiques, tels que la transcription, le cycle cellulaire et la réponse au stress. Sans surprise, il sous-tend le cancer, les maladies neurodégénératives et le diabète (6, 7). Cependant, comment O-GlcNAc dicte divers aspects de la dynamique des centrosomes a été anecdotique. Ici, nous passons en revue les petits morceaux de la biologie des centrosomes et tentons de sonder nos futurs progrès.


Briser les liens qui unissent : de nouvelles avancées en biologie des centrosomes

Le centrosome, qui se compose de deux centrioles et du matériel péricentriolaire environnant, est le principal centre d'organisation des microtubules (MTOC) dans les cellules animales. Comme les chromosomes, les centrosomes se dupliquent une fois par cycle cellulaire et les défauts qui entraînent des anomalies dans le nombre de centrosomes entraînent une instabilité génomique, caractéristique de la plupart des cellules cancéreuses. De plus en plus de preuves suggèrent que la séparation des deux centrioles (désengagement) est nécessaire pour la duplication des centrosomes. Après désengagement des centrioles, un linker protéique est établi qui relie toujours les deux centrioles. En G2, ce lieur est résolu (séparation des centrosomes), permettant ainsi aux centrosomes de se séparer et de former les pôles du fuseau bipolaire. Des travaux récents ont identifié de nouveaux acteurs qui régulent ces deux processus et ont révélé des mécanismes inattendus contrôlant le cycle des centrosomes.

Le cycle de duplication des centrosomes

Le centrosome des cellules animales est composé de centrioles et du matériel péricentriolaire environnant (PCM Fig. 1 Paintrand et al., 1992 Bornens, 2002). Le PCM est un maillage de protéines fibreuses qui nuclée et ancre les microtubules (MT), tandis que les centrioles résident au cœur des centrosomes et sont importants pour l'intégrité des centrosomes et la duplication des centrosomes (Gould et Borisy, 1977 Piel et al., 2000). Malgré certaines variations sur leur structure, les centrioles canoniques sont constitués de 9 triplets MT qui forment un cylindre d'une longueur de ∼0,5 m et d'un diamètre de 0,2 m (Bornens, 2002 Azimzadeh et Bornens, 2007).

Les centrosomes se dupliquent une fois par cycle cellulaire (Bettencourt-Dias et Glover, 2007). Lors de la duplication canonique du centrosome, un centriole fille se forme perpendiculairement à chaque centriole mère en phase S (Fig. 1). Les centrioles nouvellement assemblés restent étroitement liés à leurs mères et s'allongent progressivement tout au long de S et G2. A la transition G2/M, les centrioles accumulent plus de PCM et les deux centrosomes (portant chacun un centriole mère et un centriole fille toujours étroitement connecté) commencent à se séparer par la dissolution du linker qui relie les deux centrosomes (séparation des centrosomes). Les centrosomes séparés forment alors les pôles du fuseau mitotique bipolaire (Fig. 1). Lorsque la cellule sort de la mitose, chaque cellule hérite d'un centrosome portant un centriole mère et un centriole fille. Le centriole fille se sépare alors du centriole mère et le couple mère-fille perd l'orientation orthogonale (ce processus est appelé désengagement du centriole). Le désengagement des centrioles est la condition préalable à un autre cycle de duplication des centrosomes en phase S.

Les perturbations du cycle des centrosomes peuvent avoir des conséquences catastrophiques, telles que l'instabilité chromosomique conduisant à la tumorigenèse (Basto et al., 2008 Ganem et al., 2009). De plus, de nombreux troubles génétiques sont associés à des anomalies de la structure ou du nombre des centrosomes (Nigg, 2006 Nigg et Raff, 2009). Pour éviter de tels défauts dans la propagation des centrosomes, le cycle des centrosomes est sous contrôle strict. Parce que plusieurs excellentes revues ont fourni une description approfondie du cycle de duplication des centrioles (Nigg, 2007 Strnad et Gönczy, 2008 Azimzadeh et Marshall, 2010), nous nous concentrons ici sur les avancées récentes dans le désengagement des centrioles et la séparation des centrosomes. Nous mettons en évidence les acteurs nouvellement identifiés et décrivons les modèles émergents qui découlent des observations récentes.

Désengagement du centriole

Un processus critique lié à la duplication des centrioles est le désengagement des centrioles mère et fille qui rompt leur disposition orthogonale. Cette configuration centriole s'établit en phase S et persiste jusqu'à la fin de la mitose/phase G1. Le désengagement des centrioles est crucial pour l'autorisation des deux centrioles pour la duplication dans G1/S et pour limiter la duplication des centrioles à un événement par cycle cellulaire (Tsou et Stearns, 2006). Le désengagement du centriole nécessite l'activité protéolytique de la séparase (Tsou et Stearns, 2006 Tsou et al., 2009) cependant, les détails moléculaires de ce processus n'ont commencé à être révélés que récemment (Fig. 2).

La cystéine protéase séparase est bien connue pour sa fonction dans la ségrégation chromosomique par sa capacité à cliver la sous-unité du complexe de cohésine Scc1 (Nasmyth, 2002). Les modèles dans lesquels la séparase soulage la cohésion centriolaire de la même manière qu'elle résout la cohésion des chromosomes sont intéressants car ils suggèrent un mécanisme commun de régulation de la cohésion des chromatides et des centrioles, dont la duplication est toutes deux limitée à un événement par cycle cellulaire. Les résultats issus des travaux de Tsou et al. (2009) ont initialement suggéré que la séparase dissout la connexion centriolaire en ciblant un substrat autre que la cohésine. Cette conclusion était basée sur l'incapacité d'une sous-unité de cohésine non clivable Scc1 NC à empêcher le désengagement des centrioles tout en bloquant la séparation des chromatides sœurs. Cependant, des données plus récentes indiquent que le clivage du complexe de cohésine est en fait requis pour le désengagement des centrioles. Notamment, l'endoprotéolyse artificielle des sous-unités du complexe de cohésine (Scc1 ou Smc3) qui portent des sites de clivage HRV/TEV modifiés par les protéases HRV/TEV a soulagé la cohésion centriolaire in vitro et in vivo de la même manière qu'elle a favorisé la séparation des chromatides sœurs dans des conditions similaires (Schöckel et al., 2011). Ces résultats sont cohérents avec les travaux antérieurs de Nakamura et al. (2009) démontrant que la cohésine est impliquée dans le désengagement du centriole dépendant de la séparase via la kinase Aki1 (Akt kinase interacting protein 1) qui est nécessaire pour le recrutement centrosomique de Scc1. L'épuisement d'Aki1 entraîne une perte de cohésine au niveau des centrioles et un désengagement centriolaire, qui peuvent être sauvés par l'épuisement ultérieur de la séparase (Nakamura et al., 2009). L'Astrine est une autre protéine intimement liée au désengagement des centrioles. Semblable à Aki1, l'épuisement de l'astrine a augmenté la fréquence des fuseaux contenant des centrioles séparés prématurément, un phénotype qui peut être sauvé par l'épuisement de la séparase. Contrairement à l'épuisement d'Aki1, cependant, la régulation négative de l'Astrine active directement la séparase et favorise le désengagement prématuré des centrioles (Thein et al., 2007). En résumé, bien que les détails moléculaires de la façon dont la cohésion centriolaire est régulée par Aki et Astrin restent à étudier, l'image émergente est que la cohésine relie les centrioles dupliqués ensemble. Par la suite, l'activité protéolytique de la séparase clive l'anneau de cohésine pour induire une disjonction des centrioles (Fig. 2).

La cohésine centromérique au niveau des centromères est protégée par une protéine évolutive conservée, Shugoshin (Sgo1) (McGuinness et al., 2005). Grâce à des interactions directes avec la phosphatase PP2A, Sgo1 empêche la phosphorylation de la cohésine au niveau des centromères pendant la mitose (Kitajima et al., 2006 Riedel et al., 2006). Fait intéressant, une variante d'épissage Sgo1 plus courte (sSgo1) se localise dans les centrosomes et a été proposée pour fonctionner comme un protecteur de la cohésion centriolaire de la séparase pendant la mitose d'une manière similaire à son rôle dans la protection de la cohésion contre la destruction pendant la ségrégation chromosomique. sSgo1 requiert Plk1 pour sa fonction aux centrioles, et en accord avec cette notion, Plk1 s'associe et phosphoryle sSgo1 (X. Wang et al., 2008). Ces données ont proposé un rôle de Plk1 dans la régulation du désengagement du centriole. De manière constante, Tsou et al. (2009) ont démontré que l'activité de la séparase n'est pas le seul facteur contrôlant le désengagement des centrioles, car les cellules portant un allèle nul de la séparase ont finalement désengagé leurs centrioles avant le début de la mitose. Cependant, l'inhibition de la kinase Plk1 abolit complètement le désengagement des centrioles (Tsou et al., 2009). Des découvertes récentes suggèrent que Plk1 favorise le désengagement des centrioles en favorisant l'élimination de la cohésine des centrosomes en prophase et en stimulant la séparase pour cliver la cohésine au niveau des centrioles lors de la sortie mitotique (Schöckel et al., 2011). De manière perplexe, les mutants sSgo1 dans lesquels les sites cibles Plk1 ont été mutés pour bloquer la phosphorylation de sSgo1 augmentent la fréquence des cellules avec des centrioles divisés en mitose en raison d'une réduction du recrutement de sSgo1 dans les centrosomes (X. Wang et al., 2008). Ce résultat suggère une double fonction de Plk1 : Plk1 peut initialement favoriser le ciblage de sSgo1 et l'engagement des centrioles avant de contribuer au clivage de la cohésion et au désengagement des centrioles lors de la sortie mitotique.

En résumé, il devient de plus en plus évident que les activités successives de Plk1 et de la séparase sont les principales forces motrices de la dissolution de la cohésion centriole (Fig. 2). Un modèle attrayant est la coordination du désengagement des centrioles avec la ségrégation des chromosomes grâce à l'utilisation de la cohésine comme « colle » moléculaire dans les deux cas. Bien que les preuves à ce jour favorisent cette idée, il est également possible que la séparase initie simplement le désengagement du centriole. La séparation spatiale complète des deux centrioles désengagés peut dépendre des forces induites par la MT pour écarter physiquement et mécaniquement les centrioles. Démontrer la localisation des composants du complexe de cohésine et la liaison de la séparase aux centrosomes pendant le cycle cellulaire et tester si le clivage artificiel du complexe de cohésine en phase S entraîne un désengagement prématuré des centrioles sera important pour aider à résoudre les inconnues de ce processus.

Une possibilité intéressante supplémentaire est l'implication de la phosphatase PP2A en tant que phosphatase neutralisante Plk1 qui inhibe le désengagement des centrioles. Un complexe de phosphatase PP2A interagissant avec Sgo1 a été trouvé au niveau des centromères (Kitajima et al., 2006 Riedel et al., 2006). Il est plausible qu'un complexe PP2A-sSgo1 similaire se localise aux centrioles où il inhibe le désengagement des centrioles.

Enfin, des données récentes ont révélé des fonctions de Plk1 qui vont au-delà du simple soulagement de la cohésion centriolaire, car Plk1 « modifie » les protéines au niveau des centrioles filles nouvellement assemblés au cours de la mitose pour leur permettre de mûrir et d'organiser le PCM (« MTOC compétent »). Lorsque les centrioles n'ont pas cette modification dépendante de Plk1, ils perdent la capacité de se dupliquer et de se développer en un MTOC entièrement fonctionnel (Wang et al., 2011). Pris ensemble, ces résultats suggèrent que la modification des protéines centriolaires par Plk1 est nécessaire pour la duplication des centrioles.

Résolution du linker centrosomal : séparation des centrosomes

En plus du complexe de cohésine entre les centrioles mère et fille qui se perd avec la sortie mitotique (désengagement des centrioles), un deuxième type de linker protéique relie l'extrémité proximale des deux centrioles mères de G1 jusqu'au début de la mitose (Fig. 1, linker établissement Bornens et al., 1987). Ce lieur très flexible est établi avec ou légèrement après le désengagement du centriole et persiste jusqu'à l'entrée mitotique (Fig. 1, dissolution du lieur O'Regan et al., 2007).

Deux protéines structurelles ont été identifiées comme composants du linker centrosomique : C-Nap1 et la rootlétine. La kinase Nek2A liée à la NIMA phosphoryle ces protéines de liaison à la fin de G2, ce qui initie leur déplacement des centrosomes. Il en résulte alors la séparation des deux centrosomes. C-Nap1 reflète Nek2A en se localisant aux extrémités proximales des centrioles mères (Fry et al., 1998). Il sert de site d'amarrage pour la rootlétine, qui est censée connecter physiquement les deux centrioles mères (Bahe et al., 2005). Conformément à cette idée, la surexpression de la rootlétine conduit à la formation de fibres étendues, qui sont capables de recruter d'autres protéines en interaction telles que Nek2A et C-Nap1. De plus, l'épuisement de C-Nap1 ou de rootlétine entraîne une séparation prématurée des centrosomes indépendamment de la phase du cycle cellulaire (Faragher et Fry, 2003). Comment C-Nap1 et la rootlétine sont déplacés des centrosomes lors de la phosphorylation reste à établir. Dans tous les cas, la dégradation protéolytique de C-Nap1 et de la rootlétine n'est pas nécessaire pour leur déplacement et leur séparation ultérieure des centrosomes (Mayor et al., 2000).

Plus récemment, des protéines centrosomiques supplémentaires ont été identifiées qui pourraient fonctionner comme des protéines de liaison centrosomiques. Cep68 et Cep215 (CDK5RAP2) ont été identifiés dans un criblage d'ARNsi en tant que composants de liaison putatifs, car l'élimination de l'une ou l'autre molécule a favorisé la séparation prématurée des centrosomes. Cep68 se localise entre les deux centrioles, alors que Cep215 entoure les centrioles (Graser et al., 2007). La perte de Cep68 des centrosomes lors de l'entrée mitotique des cellules et sa dépendance vis-à-vis de la présence d'autres protéines de liaison pour le recrutement dans les centrosomes est certainement cohérente avec le fait que Cep68 est une cible de Nek2A. Le comportement et la localisation différents de Cep215 favorisent un mode de régulation alternatif, peut-être directement via Plk1.

La β-caténine est surtout connue pour son rôle d'effecteur de la voie de signalisation Wnt (Dierick et Bejsovec, 1999). Elle a également été liée au maintien de l'intégrité centrosomique. Il se localise dans les régions proximale et distale des centrioles et la région entre les centrosomes. De plus, la -caténine est un substrat in vitro et in vivo de Nek2A. Cependant, son phénotype d'épuisement ne présente pas les caractéristiques d'une séparation prématurée des centrosomes lors de l'épuisement d'autres protéines de liaison. Néanmoins, la localisation de la β-caténine semble nécessiter la rootlétine et la C-Nap1, bien que contrairement à ces molécules de liaison établies, elle ne parvient pas à se dissocier des centrosomes pendant la mitose (Bahmanyar et al., 2008).

La fonction de Nek2A et sa régulation en amont

Comme pour les autres kinases mitotiques, il n'est guère surprenant que les niveaux de protéines et l'activité de Nek2A soient soumis à une régulation dépendante du cycle cellulaire. Les niveaux de protéine Nek2A culminent à la fin des phases S et G2, suivis d'une dégradation médiée par APC/C dans la prométaphase qui est terminée au moment de la rupture de l'enveloppe nucléaire (NEBD Hayes et al., 2006). Il a donc été proposé que les changements qui s'ensuivent dans les niveaux et l'activité de Nek2A atteignent un seuil critique en prophase suffisamment élevé pour dissoudre le linker centrosomique (Hayes et al., 2006). Par la suite, l'absence de tout impact de l'épuisement des siRNA de Nek2A sur la progression du cycle cellulaire a remis en cause cette idée (Fletcher et al., 2004). Cependant, des études récentes ont révélé que l'activité de Nek2A est soumise à un contrôle à la fois positif et négatif et qu'une voie parallèle peut remplacer la perte de Nek2A dans la dissolution du linker centrosomique (Pugacheva et Golemis, 2005 Mardin et al., 2010, 2011 Matsuo et al. , 2010).

L'activité localisée de la kinase Nek2A envers ses substrats C-Nap1 et la rootlétine est régulée par deux composants de la voie Hippo : la kinase Mst2 et la protéine d'échafaudage hSav1 (Mardin et al., 2010). Classiquement, les protéines de la voie Hippo sont bien connues pour fonctionner dans le contrôle de la croissance et l'apoptose en régulant la localisation des coactivateurs transcriptionnels YAP et TAZ (Edgar, 2006 Pan, 2010). Cependant, de plus en plus de preuves soutiennent l'idée que les composants de la voie Hippo peuvent fonctionner indépendamment de leur rôle dans la voie conventionnelle (Yang et al., 2004 Yabuta et al., 2007 Chiba et al., 2009 Hergovich et al., 2009 Oh et Irvine, 2010), le contrôle de la duplication et de la séparation des centrosomes en étant de bons exemples.

Indépendamment du reste de la voie Hippo, la cassette de signalisation Mst1/Mob1/NDR contribue au contrôle de la duplication des centrosomes dans les cellules humaines (Hergovich et al., 2007, 2009). De plus, pour contrôler la séparation des centrosomes, la kinase Mst2 assistée par la protéine d'échafaudage hSav1 phosphoryle la kinase Nek2A. Cette phosphorylation est cruciale pour la formation des complexes hSav1-Nek2A-Mst2 et le ciblage de Nek2A phosphorylé vers les centrosomes. L'accumulation de Nek2A au niveau des centrosomes est critique pour la séparation des centrosomes, car les défauts de cette étape entraînent une diminution de la phosphorylation de C-Nap1 (Mardin et al., 2010).

Fait intéressant, l'interaction entre hSav1, Mst2 et Nek2A est médiée par un type de domaine enroulé, connu sous le nom de domaine SARAH (pour Sav/RASSF/Hpo) (Mardin et al., 2010). Ce domaine est présent aux extrémités C extrêmes des composants de la voie Hippo hSav1, Mst1/2 et Rassf1 et médie les interactions mutuelles entre les protéines du domaine SARAH (Scheel et Hofmann, 2003) par homo- et hétérodimérisation via un anti-tête-à-queue. arrangements parallèles de la structure enroulée (Hwang et al., 2007). Un domaine de type SARAH à l'extrémité C-terminale de Nek2A favorise la liaison de Nek2A à Mst2 et hSav1. Ces interactions médiées par le domaine SARAH sont essentielles pour la séparation des centrosomes (Mardin et al., 2010).

L'activation opportune de Nek2A dans la séparation des centrosomes est sous le contrôle direct de la machinerie du cycle cellulaire. Lors de l'entrée mitotique, les kinases Aurora A et Plk1, qui sont toutes deux impliquées dans la maturation des centrosomes, favorisent la séparation des centrosomes en stimulant la phosphorylation et le déplacement des protéines de liaison au centrosome (Fig. 3, d'après NEBD Mardin et al., 2011). La fonction principale d'Aurora A dans la séparation des centrosomes est probablement l'activation de l'activité kinase de Plk1 (Mardin et al., 2011). Ceci est cohérent avec les observations précédentes qui ont établi qu'Aurora A élève l'activité de la kinase Plk1 via la phosphorylation de T210 dans la boucle T (Macůrek et al., 2008 Seki et al., 2008). À son tour, Plk1 se lie à la kinase Mst2 et la phosphoryle. Cette phosphorylation est importante pour médier les interactions entre Nek2A et la phosphatase PP1γ (Helps et al., 2000 Mi et al., 2007). In vivo, PP1γ antagonise Nek2A en déphosphorylant C-Nap1 plutôt qu'en déphosphorylant Nek2A. Par conséquent, le niveau de PP1γ associé à Nek2A est un aspect critique du contrôle de l'état de phosphorylation de C-Nap1. La liaison de Mst2 à PP1γ-Nek2A module ce niveau bien équilibré de phosphorylation. Il est à noter que c'est la régulation de l'affinité de liaison via la phosphorylation de Plk1 de Mst2 qui détermine la dissociation des complexes Mst2-Nek2A-PP1γ. L'activité kinase de Mst2 ne participe probablement pas à la régulation de la liaison de PP1γ à Nek2A (Mardin et al., 2011). Ainsi, la phosphorylation de Mst2 par Plk1 conduit à une réduction des niveaux de PP1γ dans le complexe Mst2–Nek2A–PP1γ. La kinase Nek2A au niveau des centrosomes est donc capable de phosphoryler C-Nap1 au-delà du seuil critique requis pour favoriser la dissolution du linker centrosomal (Mardin et al., 2010).

Inversement, dans les cellules dépourvues d'activité Plk1 ou exprimant des mutants Mst2 non phosphorylables, les niveaux de PP1γ dans le complexe Mst2-Nek2A-PP1γ augmentent, conduisant à une inversion de la phosphorylation de C-Nap1 par Nek2A et à un blocage de la séparation des centrosomes (Mardin et al. , 2011). L'activité de Plk1 est bien connue pour culminer en G2 et en mitose (Golsteyn et al., 1995). Ainsi, il est plausible que Plk1 contrôle l'équilibre de phosphorylation/déphosphorylation du lieur de centrosome et détermine ainsi le moment de la séparation des centrosomes.

Cette régulation positive de Nek2A par les composants de la voie Hippo pourrait être contrecarrée par un contrôle négatif par la péricentrine (kendrine) et la protéine d'échafaudage d'adhésion focale HEF1. Il a été démontré que HEF1 inhibe l'accumulation et l'activité de Nek2A au niveau des centrosomes (Pugacheva et Golemis, 2005), tandis que la péricentrine agit comme un inhibiteur de l'activité de la kinase Nek2A. Constamment, l'épuisement de la péricentrine médiée par les siARN provoque une séparation prématurée des centrosomes en interphase. La façon dont la péricentrine régule à la baisse l'activité de la kinase Nek2A est inconnue, cependant, les auteurs ont proposé un mécanisme dans lequel la liaison à la péricentrine modifie la structure globale de la protéine, faisant basculer la structure du domaine catalytique de Nek2A en une conformation inhibitrice (Matsuo et al., 2010). Fait intéressant, la localisation de la péricentrine et de Cep215 dépend également de Plk1, suggérant un niveau de régulation supplémentaire, soit par Nek2A, soit par phosphorylation directe de certaines protéines impliquées dans la cohésion centrosomique (Graser et al., 2007 Haren et al., 2009). Considérés ensemble, ces résultats montrent clairement que le contrôle précis de la localisation et de l'activité de la kinase Nek2A est important pour la séparation rapide des deux centrosomes dans G2.

Étonnamment, l'épuisement de Nek2A ne provoque pas de défauts significatifs dans la progression du cycle cellulaire (Fletcher et al., 2004 données non publiées). Cependant, dans des conditions où l'activité motrice Eg5 est réduite mais pas complètement bloquée, la voie hSav1-Nek2A-Mst2 devient essentielle pour la formation du fuseau bipolaire (Mardin et al., 2010). Cela suggère un processus en deux étapes pour la séparation des centrosomes : la dissolution dépendante de la phosphorylation du lieur du centrosome via les kinases Mst2-Nek2A et la séparation dépendante de la force des centrosomes par l'activité Eg5 (discutée plus en détail dans la section suivante).

Régulation de la kinésine-5 des mammifères, Eg5

Après la séparation initiale des centrosomes par le déplacement des protéines de liaison, les protéines motrices agissent via leur activité anti-glissement parallèle sur les MT pour séparer physiquement les deux centrosomes. La kinésine Eg5 est le principal générateur de force qui entraîne la séparation des centrosomes. Eg5 appartient à la sous-famille des protéines motrices kinésine-5, qui sont homotétramères, ainsi que des moteurs dirigés vers l'extrémité (Sawin et al., 1992 Cole et al., 1994). L'inhibition de l'Eg5 par des inhibiteurs de petites molécules tels que le monastrol ou l'épuisement de la protéine par l'ARNsi entraîne l'arrêt de la prométaphase avec des fuseaux monopolaires (Whitehead et Rattner, 1998 Kapoor et al., 2000). Il est bien établi que, bien que dispersé dans le cytoplasme en interphase, le moteur Eg5 s'accumule d'abord aux pôles du fuseau pendant la prophase, après quoi il se retrouve le long du fuseau de la métaphase (Sawin et Mitchison, 1995). Comment Eg5 est ciblé sur les pôles de la broche est une question de longue date. Dans Xénope Le transport d'extraits d'œufs d'Eg5 vers les pôles dépend d'une interaction directe entre Eg5 et les composants du complexe moteur dynéine/dynactine dirigé vers l'extrémité négative (Uteng et al., 2008). Cependant, dans les cellules humaines, cela ne semble pas être le cas, car l'épuisement de la chaîne lourde de la dynéine n'affecte pas la localisation centrosomique de l'Eg5 (Tanenbaum et al., 2008).

Des données antérieures suggèrent que Cdk1 favorise la séparation des centrosomes en phosphorylant et en activant Eg5 aux pôles du fuseau (Blangy et al., 1995). Cette phosphorylation (Thr 926) est importante pour la liaison de Eg5 aux MT. Cependant, au moins dans les cellules DT40 de poulet, la Cdk1 en elle-même n'est pas requise pour l'enrichissement d'Eg5 au niveau des centrosomes (Smith et al., 2011). Au lieu de cela, des preuves de plus en plus nombreuses soutiennent que dans les cellules humaines, le ciblage de Eg5 vers les pôles du fuseau nécessite une activité Plk1 (Fig. 3, d'après NEBD Bertran et al., 2011 Mardin et al., 2011 Smith et al., 2011). L'inhibition de Plk1 empêche l'accumulation d'Eg5 au niveau des centrosomes sans altérer les niveaux cellulaires de la protéine (Mardin et al., 2011). Comment Plk1 régule la localisation d'Eg5 n'est actuellement pas clair. Une régulation directe dépendante de la phosphorylation est peu probable car Plk1 est incapable de phosphoryler Eg5 in vitro (Smith et al., 2011). De plus, la phospho-analyse d'Eg5 dans des cellules mitotiques humaines n'a pas réussi à identifier des sites supplémentaires autres que T926 (phosphorylation de Cdk1), comme indiqué précédemment (Blangy et al., 1995) et S1033 (phosphorylation de la kinase Nek6 Rapley et al., 2008) .

Il est important de noter que le ciblage régulé par Plk1 d'Eg5 vers le centrosome nécessite un cytosquelette MT intact. Dans les cellules incubées avec de faibles concentrations de nocodazole, un médicament dépolymérisant la MT, Eg5 s'est localisé dans les restes de MT, mais en l'absence totale de MT, Eg5 ne s'est plus lié aux centrosomes (Mardin et al., 2011). L'absence de Plk1 pourrait piéger Eg5 sur les MT pour empêcher son ciblage ultérieur vers les pôles. Alternativement, parce que l'inhibition de Plk1 diminue la capacité de nucléation des MT des pôles du fuseau (Lane et Nigg, 1996), la plus faible densité de MT au niveau des centrosomes pourrait indirectement affecter la localisation de Eg5.

La régulation de Eg5 est encore plus complexe, car les membres de la famille des kinases NIMA Nek9, Nek6 et Nek7 contribuent également au ciblage de Eg5 vers les centrosomes. La Nek9 active s'accumule au niveau des centrosomes lors de la mitose et phosphoryle directement Nek6/Nek7 (Roig et al., 2002, 2005 Belham et al., 2003). En libérant la conformation auto-inhibitrice de Nek6/7, Nek9 active les deux kinases (Richards et al., 2009). Les kinases Nek6 et Nek7 activées contrôlent ensuite la progression mitotique et contribuent à la formation du fuseau bipolaire (O'Regan et Fry, 2009).

Bertran et al. (2011) ont maintenant démontré que la cascade de signalisation Nek9/6/7 fonctionne en aval de Plk1 mais en amont de Eg5 dans la séparation des centrosomes. Lorsqu'il est phosphorylé et activé par Plk1, Nek9, en conjonction avec Nek6/Nek7, est capable de cibler Eg5 vers le centrosome. Les auteurs proposent que la capacité de Nek6 à phosphoryler Eg5 sur Ser1033 est responsable du ciblage médié par Plk1 de Eg5 vers les pôles du fuseau. De manière constante, les mutations Eg5 qui bloquent cette phosphorylation ne parviennent pas à se concentrer au niveau des centrosomes, bien que le mécanisme sous-jacent derrière cette observation reste à établir (Bertran et al., 2011).

Fait intéressant, la surexpression de Nek9 ou Nek6 favorise la séparation prématurée des centrosomes dans les cellules en interphase. Remarquablement, cette séparation prématurée des centrosomes est distincte de la séparation des centrosomes induite par Nek2A car elle dépend complètement des forces fournies par Eg5. Des expériences supplémentaires révéleront si Plk1 cible Eg5 vers les centrosomes via deux voies distinctes avant et après NEBD, comme indiqué sur la figure 3, ou si la régulation Plk1-Nek9-Nek6/7 persiste dans la mitose. Le développement d'inhibiteurs spécifiques des kinases Nek peut aider à résoudre ce problème.

Forces supplémentaires qui contribuent à la séparation des centrosomes

Après NEBD, l'activité Eg5 est contrecarrée par la dynéine motrice dirigée vers l'extrémité négative dans les cellules humaines. Le complexe dynéine/dynactine génère une force dirigée vers l'intérieur, moins dirigée vers l'extrémité, qui antagonise l'action de l'Eg5 pendant la séparation des centrosomes, de sorte qu'une altération simultanée des activités de l'Eg5 et de la dynéine favorise la formation de fuseau bipolaire (Tanenbaum et al., 2008). En revanche, avant la NEBD, la dynéine coopère avec Eg5 dans la séparation des centrosomes, car l'inhibition des deux molécules à ce stade de la mitose produit des défauts plus graves dans la séparation des centrosomes que l'inhibition de l'une ou l'autre molécule seule (Tanenbaum et al., 2008). Par conséquent, la séparation des centrosomes avant et après NEBD est entraînée par des processus distincts (Tanenbaum et Medema, 2010).

Récemment, les kinétochores (KT) ont été impliqués dans la séparation des centrosomes après NEBD (Toso et al., 2009). Les KT contribuent à la séparation des centrosomes en stabilisant les MT pour former des fibres K et en générant une force de poussée vers l'extérieur sur ces fibres K. Ce processus devient essentiel lorsque Aurora A est inactivé. Cependant, les forces basées sur KT ne sont pas suffisantes pour surmonter les défauts de séparation des centrosomes résultant de l'inhibition de Eg5. Les auteurs suggèrent que les KT contribuent à la force globale qui sépare les centrosomes via la génération d'un flux MT vers les pôles.

Il a également été suggéré que le cytosquelette d'actine contribue à la séparation des centrosomes, en particulier avant la NEBD (Whitehead et al., 1996 Uzbekov et al., 2002 W. Wang et al., 2008). Les centrosomes ne se séparent pas lorsque l'actine F est dépolymérisée par des médicaments spécifiques, bien que le mécanisme sous-jacent soit mal compris. Récemment, il a été démontré que la dépolymérisation de l'actine renverse l'échec de la séparation des centrosomes résultant de l'inhibition de Plk1 pendant la phase G2 (Smith et al., 2011). La façon dont l'actine contribue à la génération de force pour séparer les centrosomes avant la NEBD n'est actuellement pas claire, mais il est possible qu'elle puisse agir comme une matrice stable sur laquelle les protéines motrices dépendantes de la MT pourraient exercer leur fonction.

Perspectives d'avenir

Malgré cette récente avancée rapide dans notre compréhension des mécanismes moléculaires de la séparation centriole/centrosome, il reste encore beaucoup à apprendre. Compte tenu de l'importance centrale de la séparase et du complexe de cohésine dans le désengagement du centriole, il sera crucial d'étudier ce qui est embrassé par la cohésine pour maintenir la cohésion du centriole. Les résultats de Schöckel et al. (2011) soulèvent la possibilité que la cohésine encercle l'ADN, cependant, jusqu'à présent, les preuves de la présence d'ADN dans les centrosomes font défaut, alors que des ARN spécifiques ont été trouvés au niveau de cet organite (Alliegro et al., 2006). Une autre question importante concerne le lien éventuel entre le désengagement du centriole et l'assemblage du linker centriolaire. Quelle est la base de la modification des centrioles médiée par Plk1 et quels sont les substrats pertinents pour la kinase Plk1 ? Une analyse minutieuse des marqueurs de centrioles a démontré que les centrioles modifiés par Plk1 accumulent C-Nap1, tandis que les centrioles non modifiés sont associés à hSas-6 (Wang et al., 2011). Ainsi, il sera important d'élucider comment l'assemblage du linker centrosomique est lié au désengagement du centriole.

Enfin, des études pionnières récentes pour l'assemblage in vitro des centrioles et le désengagement des centrioles (Kitagawa et al., 2011 Schöckel et al., 2011 van Breugel et al., 2011) ont montré qu'il est possible de reconstituer des aspects du cycle des centrosomes. in vitro. Certes, les nouveaux outils de biologie cellulaire, combinés à de telles analyses in vitro, continueront à faire la lumière sur les inconnues de la biologie des centrosomes.


Problèmes évolutifs en biologie des centrosomes et des centrioles

Correspondance: Laura Ross, Institut de biologie évolutive, École des sciences biologiques, Université d'Édimbourg, Édimbourg EH9 3FL, Royaume-Uni.

Tél. : +44 7942235922 fax : +44 1316505455 e-mail : [email protected]

Département de biologie et programme d'études supérieures en biologie organique et évolutive, Université du Massachusetts, Amherst, MA, États-Unis

Institut de biologie évolutive, École des sciences biologiques, Université d'Édimbourg, Édimbourg, Royaume-Uni

Correspondance: Laura Ross, Institut de biologie évolutive, École des sciences biologiques, Université d'Édimbourg, Édimbourg EH9 3FL, Royaume-Uni.

Tél. : +44 7942235922 fax : +44 1316505455 e-mail : [email protected]

Département de biologie et programme d'études supérieures en biologie organique et évolutive, Université du Massachusetts, Amherst, MA, États-Unis

Résumé

Les centrosomes ont été une énigme pour les biologistes évolutionnistes. Soit ils ont fait l'objet de spéculations infondées, soit ils ont été ignorés. Ici, nous mettons en évidence les paradoxes évolutifs et les problèmes d'évolution des centrosomes et des centrioles et cherchons à les comprendre à la lumière des progrès récents de la biologie des centrosomes. La plupart des comptes rendus évolutifs de l'évolution des centrosomes ont été basés sur l'hypothèse que les centrosomes sont des réplicateurs, indépendants du noyau et du cytoplasme. Or, il est maintenant clair que cette hypothèse n'est pas tenable. Au lieu de cela, les centrosomes sont formés de novo chaque division cellulaire, avec la présence d'un ancien centrosome régulant, mais non indispensable pour, l'assemblage d'un nouveau. Les centrosomes sont les centres d'organisation des microtubules des cellules. Ils peuvent potentiellement affecter les caractères sensoriels et moteurs (comme le corps basal des cils), ainsi que les mouvements des chromosomes au cours de la division cellulaire. Ce dernier rôle ne semble cependant pas essentiel, sauf dans la méiose masculine, et les raisons en restent floues. Bien que le centrosome soit absent chez certains taxons, lorsqu'il est présent, sa structure est extraordinairement conservée : dans la plupart des taxons à travers les eucaryotes, il ne semble pas du tout évoluer. Pourtant, quelques groupes d'insectes présentent une hypertrophie spectaculaire des centrioles. Nous discutons de la façon dont cela pourrait être lié au système reproducteur inhabituel trouvé chez ces insectes. Enfin, nous discutons des raisons pour lesquelles le sort des centrosomes dans le sperme et les embryons précoces peut différer entre les différents groupes d'animaux.


Réplication du centriole

Comme indiqué, les centrosomes des cellules se répliquent pendant l'interphase, la partie relativement longue du cycle cellulaire entre les divisions mitotiques. La réplication des centrioles dans les centrosomes n'est pas entièrement conservateur, ce qui signifie que les deux centrioles filles formés ne sont pas entièrement identiques, comme cela se produirait dans un processus conservateur. Au lieu de cela, la réplication du centriole est semi-conservateur.

Alors que le mécanisme exact de la réplication des centrosomes au cours de la phase S (phase de synthèse) de l'interphase cellulaire reste à bien comprendre, les scientifiques ont réalisé que lorsqu'un centriole se divise, l'un des centrioles résultants conserve les caractéristiques de la « mère » et peut générer des microtubules opérationnels.

Ce centriole a des propriétés de « cellule souche », tandis que l'autre, la « fille », se différencie pleinement. Chaque cellule de division a une paire de centrioles mère-fille à chaque pôle, donc chaque nouvelle cellule fille, comme on peut s'y attendre, contient un centriole mère et un centriole fille dans chaque paire. Au cours de l'interphase qui suit, ce centriole va se diviser pour créer à nouveau deux paires centriole mère-centriole fille.

Centrioles dans les structures différenciées : Les différences subtiles de fonction entre les centrioles à angle droit de chaque paire deviennent évidentes lorsque, par exemple, le centriole mère se fixe à l'intérieur de la membrane plasmique de la cellule pour former une structure appelée un corps basal. Ce corps fait généralement partie d'un cil, ou d'une extension multi-microtubulaire ressemblant à un cheveu, qui n'est pas mobile, c'est-à-dire qu'il ne bouge pas.

Certains cils (le pluriel de "cilium") forme flagelles (au singulier « flagelle ») qui se déplacent, propulsant souvent des cellules entières tandis que dans d'autres cas, ils servent de balais miniatures d'une sorte qui éliminent les débris de la région du flagelle.

Alors que les biologistes ont beaucoup à apprendre sur la dynamique précise des centrosomes, le cancer offre une fenêtre sur ce qui ne va pas avec les centrosomes dans les cas de division cellulaire anormale. Les chercheurs ont observé, par exemple, que les cellules cancéreuses contiennent souvent un nombre inhabituel de centrosomes au lieu des un ou deux attendus, et certains médicaments anticancéreux (par exemple, le Taxol et la vincristine) exercent leurs effets en interférant avec l'assemblage des microtubules.


Biologie des centrosomes et instabilité génétique

Alors que les centrioles sont impliqués dans le recrutement des protéines qui forment le MCP, ce dernier aura la propriété de nucléer et d'ancrer les microtubules (MTs). Grâce à cette capacité, les centrosomes peuvent réguler plusieurs processus à la fois pendant l'interphase et la mitose. Pendant l'interphase, ils influencent la forme, la motilité, la polarité et le transport intracellulaire des cellules. De plus, le plus ancien des deux centrioles peut également fonctionner comme un corps basal semant la croissance des cils ou des flagelles. Au cours de la mitose, ils contribuent à la formation et à l'orientation du fuseau mitotique. Par conséquent, le nombre de centrosomes par cellule est étroitement régulé et, dans des conditions normales, un ou deux centrosomes sont présents en fonction du stade du cycle cellulaire. Altérations du centrosome (en nombre et/ou en structure) sont connus pour compromettre plusieurs processus cellulaires et sont associés à plusieurs troubles humains. Le travail dans notre laboratoire utilise un variété de systèmes modèles pour étudier la fonction des centrosomes dans le développement et la maladie.

Dans les cellules souches neurales (CSN), les deux centrosomes présentent un comportement asymétrique et une teneur en PCM asymétrique et une nucléation MT pendant l'interphase. Asymétrie des centrosomes a été impliqué dans les divisions cellulaires asymétriques. Le positionnement du centrosome permet l'alignement précis du fuseau mitotique le long de l'axe de polarité. Cela contribue à une ségrégation appropriée des déterminants du destin cellulaire et à un positionnement correct des cellules filles dans le tissu. Nous étudions actuellement comment des défauts dans la biogenèse des centrosomes peuvent conduire à des défauts d'asymétrie des centrosomes.

Les cellules contiennent normalement un génome euploïde et diploïde, composé de deux copies de chaque chromosome. Pour assurer une transmission appropriée du matériel génétique, une réplication de l'ADN et une mitose haute fidélité sont nécessaires. Les variations de la ploïdie normale sont appelées aneuploïdie (gain ou perte de chromosomes entiers) et polyploïdie (gain de plusieurs jeux de chromosomes). Les altérations non physiologiques du nombre de chromosomes sont des contributeurs bien établis aux troubles humains : elles sont responsables d'un pourcentage élevé de fausses couches et d'un panel de maladies dont la trisomie 21, les troubles du développement et le cancer.

Dans notre laboratoire, nous nous intéressons aux mécanismes en jeu lorsque l'aneuploïdie et la polyploïdie sont induites dans les cellules en cycle. in vivo. Le caryotype de Drosophile ne comprend que quatre copies de chromosomes, ce qui en fait un modèle très pratique pour étudier les défauts du nombre de chromosomes. En utilisant une combinaison de techniques de génétique, d'imagerie fixe et vivante, de biologie cellulaire et de biologie moléculaire, nous explorons les conséquences de la polyploïdie dans le cerveau et les tissus épithéliaux de Drosophile.

Décrypter la place des dysfonctionnements des centrosomes dans le étiologie des troubles humains est un domaine actif d'investigation en recherche fondamentale et l'un de nos principaux intérêts. Pour aborder cette question, nous avons concentré notre attention sur amplification des centrosomes, un dysfonctionnement caractérisé par la présence de centrosomes surnuméraires, et initialement décrit comme une caractéristique principale du cancer uniquement. Nous avons généré un modèle murin où l'amplification des centrosomes est déclenchée de manière conditionnelle dans n'importe quel tissu ou stade d'intérêt.

Nous avons montré que la présence de centrosomes supplémentaires dans les cellules souches neurales embryonnaires en prolifération est suffisante pour altérer le développement du cerveau et aboutit à microcéphalie (petits cerveaux) à la naissance. Nous avons découvert que l'amplification des centrosomes déclenche des anomalies mitotiques et la génération d'une descendance avec un caryotype anormal (aneuploïdie) incapable de survivre dans le contexte d'un cerveau en développement. De plus, nous avons montré que l'élimination des cellules aneuploïdes dépend de l'activité de p53. Cette étude nous a permis de proposer des défauts mitotiques, l'aneuploïdie et la mort cellulaire qui en résulte comme une nouvelle étiologie de la microcéphalie récessive primaire humaine (MCPH). Les mutations des centrosomes sont fréquemment trouvées dans les familles MCPH et la raison pour laquelle le cerveau des mammifères est si vulnérable aux mutations des centrosomes est un domaine de recherche actif dans notre laboratoire.

En collaboration avec l'hôpital de l'Institut Curie, nous étudions actuellement l'origine et les conséquences des anomalies centrosomes dans cancers épithéliaux de l'ovaire (COU). Le cancer de l'ovaire est la cinquième cause de décès chez les femmes du monde occidental en raison d'un mauvais pronostic associé à une détection tardive. Les mutations de p53, BRCA1 et l'instabilité chromosomique sont fréquemment associées au développement de tumeurs ovariennes, mais on sait peu de choses sur l'organisation du cytosquelette dans ce type de tumeurs. Nous visons à identifier l'implication des processus liés à la MT dans le développement du cancer de l'ovaire afin de comprendre la contribution des centrosomes et du cytosquelette de la MT à l'établissement et au développement du cancer de l'ovaire.


Centrioles de disparition dans la méiose

Pimenta-Marques et al. ont découvert, potentiellement, un mécanisme à l'origine de la disparition des centrioles chez les gamètes femelles lors de la division méiotique [1]. Les chercheurs ont reconnu cet événement pour la première fois au début des années 1930, mais la force motrice de la disparition est restée inconnue, tout comme les effets sur les centrioles qui se sont perpétués par la division méiotique.

Après avoir divisé le processus d'ovogenèse en trois étapes, Pimenta-Marques et al. déterminé les étapes et la manière dont les centrioles ont commencé à disparaître des ovocytes en développement de Drosophila melanogaster. Plutôt que la disparition des centrioles entiers, certains composants des structures ont diminué tout au long des stades intermédiaires à avancés. ANA1, une protéine spécifique au centriole et un marqueur centriole stable, concentré à proximité du noyau jusqu'aux stades tardifs, indiquant la présence de centrioles à ce stade. Cependant, les enquêteurs n'ont localisé aucune trace de centrioles au niveau du fuseau méiotique une fois que l'enveloppe nucléaire a commencé à se décomposer. Cette découverte modifie notre compréhension antérieure de la disparition des centrioles en marquant leur présence à des stades beaucoup plus avancés de l'ovogenèse.

Les chercheurs ont testé des composants supplémentaires de la matrice protéique centriole et péricentriolaire (PCM) pour déterminer le moment exact de la décomposition. SAS6 et BLD10/CEP135 comprennent la structure de la roue du centriole tandis que SAS6 a été trouvé tout au long des derniers stades de l'ovogenèse (similaire à ANA1), les ovocytes avec BLD10 ont commencé à diminuer, indiquant que les centrioles se décomposent en fait pièce par pièce plutôt que dans leur ensemble structure. Comparativement, les composants du PCM tels que la -tubuline (facteur de nucléation des microtubules), le SPD2/CEP192 (recruteur de la γ-tubuline) et le SAS4/CPAP (composant centriole qui recrute le PCM) ont montré une perte ou des diminutions dès les stades intermédiaires, avec des diminue par les derniers stades. Compte tenu de cela, Pimenta-Marques et al. ont pu réduire la fenêtre de dégradation des centrioles à des stades tardifs spécifiques 11-13 en calculant la présence d'ANA1. L'élimination complète des centrioles s'est produite à la fin du stade 14.

Cette découverte établit que les centrioles ne sont efficacement déstabilisés que lorsque tous les composants PCM ont disparu. Un régulateur PCM, Polo-like kinase 1 (Polo), limite la méiose à l'ovocyte dans les premiers stades et déclenche la rupture de l'enveloppe nucléaire. Ce régulateur est apparu dans 89 % des ovocytes à un stade précoce, mais ce nombre a diminué dans les ovocytes de stade intermédiaire à avancé, coïncidant avec la dégradation de la PCM.

Lorsque Polo a été surexprimé et attaché artificiellement aux centrioles par un orthologue de Polo, 90 % des ovocytes ont montré la présence continue de centrioles tout au long des stades avancés, les ovocytes témoins ont montré des niveaux minimaux de marqueurs de centrioles. Les centrioles préservés interagissaient avec le fuseau et perturbaient l'organisation méiotique. Étonnamment, les œufs semblaient se développer normalement, mais seulement 1 % de ces œufs ont effectivement éclos par rapport au taux d'éclosion de 75 % des témoins, ce qui indique des taux élevés de développement d'embryons aberrants.

Cette étude relie la rétention des centrioles à travers les divisions méiotiques et mitotiques de l'embryon à la stérilité féminine, offrant des explications possibles à la mortalité précoce de l'embryon. De plus, cette étude remet en question le concept de centrioles en tant que structures intrinsèquement stables en élucidant à la fois l'instabilité des centrioles maternels et la nécessité de cette disparition pour une bonne embryogenèse.


Duplication des centrioles et amplification des centrosomes

Au cours des 10 dernières années, les criblages génétiques ont été fondamentaux dans l'identification des protéines de duplication des centrioles (Bettencourt-Dias et al., 2004 Delattre et al., 2006 Delattre et al., 2004 Dobbelaere et al., 2008 Goshima et al., 2007 Kemp et al., 2004 Kirkham et al., 2003 Leidel et al., 2005 Leidel et Gönczy, 2003 O'Connell, 2002 O'Connell et al., 2000 Pelletier et al., 2006 Pelletier et al., 2004) (Tableau 1). La Polo-like kinase 4 (PLK4) a été identifiée comme un régulateur principal de la duplication des centrioles. La perte de fonction de PLK4 entraîne des défauts de duplication des centrioles (Bettencourt-Dias et al., 2005 Habedanck et al., 2005), tandis que la surexpression de PLK4 conduit à la formation de plusieurs centrioles filles à côté du centriole mère dans un seul cycle cellulaire (Habedanck et al., 2005 Kleylein-Sohn et al., 2007). Ainsi, les niveaux de PLK4 doivent être étroitement régulés dans une cellule normale pour limiter le processus de duplication à une seule fois au cours de chaque cycle cellulaire et à un centriole fille par mère.

Protéines du centrosome impliquées dans le maintien de l'intégrité du centrosome ou du pôle du fuseau

Protéines centrosomes Fonction centrosomale Dégradation du cycle cellulaire Phénotypes sur gain ou perte de fonction et maladies associées
aPLK4/SAK Kinase impliquée dans la régulation de la duplication des centrioles (Bettencourt-Dias et al., 2005 Habedanck et al., 2005). Dégradation du protéasome dépendante de l'ubiquitine ligase SCF βTrCP E3 constitutive (Cunha-Ferreira et al., 2009 Guderian et al., 2010 Rogers et al., 2009). Trans-autophosphorylation constitutive (Guderian et al., 2010 Holland et al., 2010 Sillibourne et al., 2010). Stabilité de la mitose régulée par PP2A (Brownlee et al., 2011). Amplification des centrosomes lors de la surexpression (Kleylein-Sohn et al., 2007 Habedanck et al., 2005 Bettencourt-Dias et al., 2005 Peel et al., 2007 Rodrigues-Martins et al., 2007a). La surexpression de PLK4 peut induire la formation de centriole de novo dans les Drosophile œufs (Peel et al., 2007 Rodrigues-Martins et al., 2007a). En l'absence de PLK4, les centrioles ne se dupliquent pas (Habedanck et al., 2005 Bettencourt-Dias et al., 2005).
un SAS6 Protéine requise aux premiers stades de la duplication des centrioles (Leidel et al., 2005). Il est impliqué dans l'établissement de la symétrie de la roue de 9 fois du procentriole (Kitagawa et al., 2011 van Breugel et al., 2011). APC Cdh1 et SCF FBXW5 E3 dégradation du protéasome dépendante de l'ubiquitine ligase (Puklowski et al., 2011 Strnad et al., 2007). Amplification des centrosomes lors de la surexpression (Peel et al., 2007 Rodrigues-Martins et al., 2007b). La surexpression de SAS6 peut induire la formation de centriole de novo chez les non fécondés Drosophile œufs (Peel et al., 2007 Rodrigues-Martins et al., 2007b). En l'absence de SAS6, les centrioles ne se dupliquent pas (Leidel et al., 2005 Strnad et al., 2007 Strnad et al., 2007).
ASAS5/Ana2/STIL Protéine requise aux premiers stades de la duplication des centrioles (Delattre et al., 2004 Dobbelaere et al., 2008 Goshima et al., 2007). Il est identifié comme un partenaire de liaison SAS6 (Leidel et al., 2005) et CPAP (Tang et al., 2011 Arquint et al., 2012 Vulprecht et al., 2012). Dégradation du protéasome dépendante de l'APC cdc20-Cdh1 à la sortie de la mitose (Arquint C et al., 2012). Amplification des centrosomes lors de la surexpression dans les cellules de vertébrés et Drosophile spermatocytes (Tang et al., 2011 Stevens et al., 2010). La surexpression d'Ana2 peut entraîner la formation de centrioles de novo chez les non fertilisés Drosophile des œufs. En l'absence de STIL, les centrioles ne se dupliquent pas. Les mutations de perte de fonction provoquent une microcéphalie primaire (MCPH7) (Kumar et al., 2009).
aASL/CEP152 Protéine centriole requise pour la duplication des centrioles (Blachon et al., 2008) et le recrutement de PCM (Varmark et al., 2007) impliquée dans le recrutement de PLK4, SAS6 et SAS4 (Cizmecioglu et al., 2010 Dzhindzhev et al., 2010 Hatch et al., 2010). NK Amplification du centrosome dépendante de PLK4 lors de la surexpression (Cizmecioglu et al., 2010 Dzhindzhev et al., 2010 Hatch et al., 2010). La surexpression de l'ASL peut induire la formation de centriole de novo dans les Drosophile œufs (Stevens et al., 2010 Dzhindzhev et al., 2010). En l'absence d'ASL, les centrioles ne se dupliquent pas (Blachon et al., 2008). Les mutations de perte de fonction provoquent une microcéphalie primaire (MCPH4) (Guernsey et al., 2010).
b SAS4/CPAP Protéine centriole requise pour incorporer les microtubules après l'assemblage des procentrioles (Pelletier et al., 2006) identifiée à l'origine dans C.elegans (Kirkham et al., 2003 Leidel et Gönczy, 2003). Dégradation du protéasome dépendante de l'APC Cdh1 à la sortie de la mitose (Tang et al., 2009). La surexpression provoque un allongement anormal des procentrioles naissantes (Kohlmaier et al., 2009 Schmidt et al., 2009 Tang et al., 2009). En l'absence de SAS4, les centrioles ne se dupliquent pas (Kirkham et al., 2003 Leidel et Gonczy, 2003 Basto et al., 2006 Kohlmaier et al., 2009 Tang et al., 2009). Les mutations de perte de fonction provoquent une microcéphalie primaire (MCPH6) (Bond et al., 2005).
CP110 Localise à l'extrémité distale du procentriole (Chen et al., 2002 Kleylein-Sohn et al., 2007 Schmidt et al., 2009). Dégradation du protéasome dépendante du SCF CyclinF (D'Angiolella et al., 2010). Impliqué dans le contrôle de la longueur du centriole (Schmidt et al., 2009 Spektor et al., 2007).
c CEP63 Protéine centriole. Impliqué dans le recrutement de Cep152 au centriole mère (Sir et al., 2011). NK Nécessaire pour maintenir la cohésion du centrosome (Sir et al., 2011). Les mutations de perte de fonction provoquent une microcéphalie primaire et un retard de croissance (Sir et al., 2011).
c CNN/CDK5Rap2 Protéine PCM (Megraw et al., 2001). Impliqué dans la cohésion et l'ancrage des centrosomes aux pôles du fuseau mitotique (Barr et al., 2010 Barrera et al., 2010 Buchman et al., 2010 Lucas et Raff, 2007). NK Des mutations dans les gènes codant pour CNN ou CDK5RAP2 entraînent une perte de l'intégrité des pôles du fuseau et, par conséquent, la formation de fuseaux multipolaires (Barr et al., 2010 Barrera et al., 2010). De plus, des mutations dans le gène codant pour CDK5RAP2 chez la souris entraînent également une amplification des centrioles en raison de la perte de cohésion des centrioles. Les mutations de perte de fonction provoquent une microcéphalie primaire (MCPH3) (Bond et al., 2005).
cPCNT/PLP PCM (Zimmerman et al., 2004) et protéine associée au centriole dans Drosophile (Martinez-Campos et al., 2004). Nécessaire pour maintenir l'intégrité des pôles du fuseau mitotique (Rauch et al., 2008). NK Des fuseaux mitotiques désorganisés lors de l'épuisement (Zimmerman et al., 2004) et des défauts dans l'assemblage des cils primaires (Jurczyk et al., 2004). Dans Drosophile, des mutations dans le gène codant pour la PLP affectent le recrutement et la ciliogenèse des PCM (Martinez-Campos et al., 2004). Les mutations de perte de fonction provoquent le nanisme primordial/MOPDII (Rauch et al., 2008).
Protéines centrosomes Fonction centrosomale Dégradation du cycle cellulaire Phénotypes sur gain ou perte de fonction et maladies associées
aPLK4/SAK Kinase impliquée dans la régulation de la duplication des centrioles (Bettencourt-Dias et al., 2005 Habedanck et al., 2005). Dégradation du protéasome dépendante de l'ubiquitine ligase SCF βTrCP E3 constitutive (Cunha-Ferreira et al., 2009 Guderian et al., 2010 Rogers et al., 2009). Trans-autophosphorylation constitutive (Guderian et al., 2010 Holland et al., 2010 Sillibourne et al., 2010). Stabilité de la mitose régulée par PP2A (Brownlee et al., 2011). Amplification des centrosomes lors de la surexpression (Kleylein-Sohn et al., 2007 Habedanck et al., 2005 Bettencourt-Dias et al., 2005 Peel et al., 2007 Rodrigues-Martins et al., 2007a). La surexpression de PLK4 peut induire la formation de centriole de novo dans les Drosophile œufs (Peel et al., 2007 Rodrigues-Martins et al., 2007a). En l'absence de PLK4, les centrioles ne se dupliquent pas (Habedanck et al., 2005 Bettencourt-Dias et al., 2005).
un SAS6 Protéine requise aux premiers stades de la duplication des centrioles (Leidel et al., 2005). Elle est impliquée dans l'établissement de la symétrie de la roue de 9 fois du procentriole (Kitagawa et al., 2011 van Breugel et al., 2011). APC Cdh1 et SCF FBXW5 E3 dégradation du protéasome dépendante de l'ubiquitine ligase (Puklowski et al., 2011 Strnad et al., 2007). Amplification des centrosomes lors de la surexpression (Peel et al., 2007 Rodrigues-Martins et al., 2007b). La surexpression de SAS6 peut induire la formation de centriole de novo chez les non fécondés Drosophile œufs (Peel et al., 2007 Rodrigues-Martins et al., 2007b). En l'absence de SAS6, les centrioles ne se dupliquent pas (Leidel et al., 2005 Strnad et al., 2007 Strnad et al., 2007).
ASAS5/Ana2/STIL Protéine requise aux premiers stades de la duplication des centrioles (Delattre et al., 2004 Dobbelaere et al., 2008 Goshima et al., 2007).Il est identifié comme un partenaire de liaison SAS6 (Leidel et al., 2005) et CPAP (Tang et al., 2011 Arquint et al., 2012 Vulprecht et al., 2012). Dégradation du protéasome dépendante de l'APC cdc20-Cdh1 à la sortie de la mitose (Arquint C et al., 2012). Amplification des centrosomes lors de la surexpression dans les cellules de vertébrés et Drosophile spermatocytes (Tang et al., 2011 Stevens et al., 2010). La surexpression d'Ana2 peut entraîner la formation de centrioles de novo chez les non fertilisés Drosophile des œufs. En l'absence de STIL, les centrioles ne se dupliquent pas. Les mutations de perte de fonction provoquent une microcéphalie primaire (MCPH7) (Kumar et al., 2009).
aASL/CEP152 Protéine centriole requise pour la duplication des centrioles (Blachon et al., 2008) et le recrutement de PCM (Varmark et al., 2007) impliquée dans le recrutement de PLK4, SAS6 et SAS4 (Cizmecioglu et al., 2010 Dzhindzhev et al., 2010 Hatch et al., 2010). NK Amplification du centrosome dépendante de PLK4 lors de la surexpression (Cizmecioglu et al., 2010 Dzhindzhev et al., 2010 Hatch et al., 2010). La surexpression de l'ASL peut induire la formation de centriole de novo dans les Drosophile œufs (Stevens et al., 2010 Dzhindzhev et al., 2010). En l'absence d'ASL, les centrioles ne se dupliquent pas (Blachon et al., 2008). Les mutations de perte de fonction provoquent une microcéphalie primaire (MCPH4) (Guernsey et al., 2010).
b SAS4/CPAP Protéine centriole requise pour incorporer les microtubules après l'assemblage des procentrioles (Pelletier et al., 2006) identifiée à l'origine dans C.elegans (Kirkham et al., 2003 Leidel et Gönczy, 2003). Dégradation du protéasome dépendante de l'APC Cdh1 à la sortie de la mitose (Tang et al., 2009). La surexpression provoque un allongement anormal des procentrioles naissantes (Kohlmaier et al., 2009 Schmidt et al., 2009 Tang et al., 2009). En l'absence de SAS4, les centrioles ne se dupliquent pas (Kirkham et al., 2003 Leidel et Gonczy, 2003 Basto et al., 2006 Kohlmaier et al., 2009 Tang et al., 2009). Les mutations de perte de fonction provoquent une microcéphalie primaire (MCPH6) (Bond et al., 2005).
CP110 Localise à l'extrémité distale du procentriole (Chen et al., 2002 Kleylein-Sohn et al., 2007 Schmidt et al., 2009). Dégradation du protéasome dépendante du SCF CyclinF (D'Angiolella et al., 2010). Impliqué dans le contrôle de la longueur du centriole (Schmidt et al., 2009 Spektor et al., 2007).
c CEP63 Protéine centriole. Impliqué dans le recrutement de Cep152 au centriole mère (Sir et al., 2011). NK Nécessaire pour maintenir la cohésion du centrosome (Sir et al., 2011). Les mutations de perte de fonction provoquent une microcéphalie primaire et un retard de croissance (Sir et al., 2011).
c CNN/CDK5Rap2 Protéine PCM (Megraw et al., 2001). Impliqué dans la cohésion et l'ancrage des centrosomes aux pôles du fuseau mitotique (Barr et al., 2010 Barrera et al., 2010 Buchman et al., 2010 Lucas et Raff, 2007). NK Des mutations dans les gènes codant pour CNN ou CDK5RAP2 entraînent une perte de l'intégrité des pôles du fuseau et, par conséquent, la formation de fuseaux multipolaires (Barr et al., 2010 Barrera et al., 2010). De plus, des mutations dans le gène codant pour CDK5RAP2 chez la souris entraînent également une amplification des centrioles en raison de la perte de cohésion des centrioles. Les mutations de perte de fonction provoquent une microcéphalie primaire (MCPH3) (Bond et al., 2005).
cPCNT/PLP PCM (Zimmerman et al., 2004) et protéine associée au centriole dans Drosophile (Martinez-Campos et al., 2004). Nécessaire pour maintenir l'intégrité des pôles du fuseau mitotique (Rauch et al., 2008). NK Des fuseaux mitotiques désorganisés lors de l'épuisement (Zimmerman et al., 2004) et des défauts dans l'assemblage des cils primaires (Jurczyk et al., 2004). Dans Drosophile, des mutations dans le gène codant pour la PLP affectent le recrutement et la ciliogenèse des PCM (Martinez-Campos et al., 2004). Les mutations de perte de fonction provoquent le nanisme primordial/MOPDII (Rauch et al., 2008).

Protéines centriolaires, qui, lorsqu'elles sont surexprimées, provoquent une amplification des centrosomes b protéines centrosomes impliquées dans la détermination de la longueur des procentrioles c protéines qui maintiennent l'intégrité des pôles du fuseau mitotique en maintenant la cohésion et/ou la fixation des centrosomes aux pôles. Les différents noms des homologues fonctionnels dans différentes espèces sont donnés pour chaque protéine. NK, pas connu.

Sans surprise, de la même manière que pour les cyclines, les protéines classiques du cycle cellulaire, les taux de protéines de duplication des centrioles fluctuent tout au long du cycle cellulaire et sont contrôlés par la protéolyse (tableau 1). Des informations récentes sur les mécanismes qui contrôlent la stabilité de PLK4 révèlent que sa dégradation par le protéasome est régulée par une ubiquitine ligase E3, le complexe Skp1-Cul1-F-box (SCF) SCF βTrCP (un complexe SCF qui contient βTrCP comme F-box protéine) (Cunha-Ferreira et al., 2009 Guderian et al., 2010 Holland et al., 2010 Rogers et al., 2009 Sillibourne et al., 2010). Fait intéressant, PLK4 contrôle sa propre stabilité en favorisant l'auto-phosphorylation de deux résidus au sein du degron de phosphorylation βTrCP (Guderian et al., 2010). De plus, il a été récemment suggéré que les jumeaux phosphatase PP2A (PP2A PR55 chez les mammifères) jouent un rôle important dans la lutte contre l'auto-phosphorylation de PLK4 dans la boîte degron βTrCP (Brownlee et al., 2011). Ces résultats suggèrent que la PLK4 doit être active dans une courte fenêtre de temps, qui doit être régulée avec précision pour assurer l'accumulation de PLK4 active au bon moment.

Dans Drosophila melanogaster, l'analyse de la surexpression des protéines de duplication des centrioles révèle que leur effet est tissu-spécifique. Alors que SAK (l'homologue de la mouche pour PLK4) et SAS6 entraînent efficacement l'amplification des centrosomes dans les embryons et les cellules cérébrales (Peel et al., 2007), une autre protéine de duplication des centrioles, Ana2, n'induit l'amplification des centrioles que dans les spermatocytes primaires mâles (Stevens et al., 2010).

Les niveaux de SAS6 semblent dépendre de l'activité de deux ligases E3 distinctes, le substrat du complexe promoteur d'anaphase (APC) APC Cdh1 et SCF FBXW5 (Puklowski et al., 2011 Strnad et al., 2007). SAS6 a une fonction importante dans les premiers stades de la formation du procentriole en s'assemblant en oligomères pour former un anneau qui établit la symétrie d'ordre neuf (Kitagawa et al., 2011 van Breugel et al., 2011). De plus, chez les vers, ZYG-1 – l'homologue fonctionnel de PLK4 – phosphoryle SAS-6, et cet événement est essentiel pour la stabilisation du procentriole (Kitagawa et al., 2009). Ainsi, l'utilisation de deux ligases E3 distinctes pourrait simplement refléter à quel point il est important de réguler les niveaux de SAS-6 pour un contrôle précis du nombre de centrioles.

Des mutations dans les gènes qui contrôlent la stabilité de la duplication des centrioles provoquent une amplification des centrosomes, comme le montre Mince de drosophile (l'homologue βTrCP) et SkpA mutants (Murphy, 2003 Wojcik et al., 2000). Cependant, des mécanismes alternatifs ont été suggérés. Par exemple, l'infection par le virus du papillome humain à haut risque HPV-16 a entraîné une augmentation des niveaux de PLK4 ARNm, qui sont suffisants pour générer une amplification des centrosomes (Korzeniewski et al., 2011).

En plus de la surexpression des régulateurs des centrioles, les cellules peuvent également acquérir facilement des centrosomes supplémentaires par un processus appelé fusion cellulaire (Fig. 1). En effet, on sait depuis longtemps que les cellules animales et végétales sont capables de fusionner pour former des cellules et des tissus polyploïdes (plus de deux copies de chaque chromosome) (Getsios et MacCalman, 2003 Guidotti et al., 2003 Herwig et al. , 2011 Otto, 2007 Srinivas et al., 2007). Les conséquences de l'accumulation de centrosomes supplémentaires dans les cellules polyploïdes ne sont pas connues, mais il est possible que des cellules différenciées, telles que des cellules musculaires fusionnées ou des cellules gliales (Fant et al., 2009 Tassin et al., 1985 Unhavaithaya et Orr-Weaver, 2012), ont une plus grande tolérance aux centrosomes supplémentaires par rapport aux cellules en cycle (Krzywicka-Racka et Sluder, 2011).

Causes et conséquences de l'amplification des centrosomes. Une cellule normale en interphase (en haut) contient un ensemble de chromosomes dupliqués (4n) et deux centrosomes, comme indiqué par les cercles jaunes avec deux centrioles (barils verts) chacun. Après cytokinèse, deux cellules filles diploïdes (2n) avec un centrosome chacune sont générées. L'échec de la cytokinèse génère une seule cellule fille avec deux noyaux et deux centrosomes. Dans le cycle cellulaire suivant, la duplication des centrioles entraînera une amplification des centrosomes. Dans une cellule qui contient des centrosomes supplémentaires en raison de la surexpression des protéines de duplication des centrioles (en bas), deux scénarios importants ont été décrits. Les centrosomes surnuméraires ne parviennent pas à se regrouper et forment des fuseaux multipolaires qui se divisent de manière multipolaire. On pense que ce type de division a un mauvais résultat pour la survie cellulaire. Dans les cellules où les centrosomes supplémentaires se regroupent pour former un fuseau bipolaire, les attaches mérotéliques (indiquées par le chromosome rouge) peuvent entraîner un retard des chromosomes pendant l'anaphase, générant des cellules aneuploïdes. Si tous les chromosomes sont correctement attachés et bi-orientés au niveau de la plaque métaphasique, deux cellules filles de contenu génétique égal (mais avec des centrosomes supplémentaires) peuvent être générées.

Causes et conséquences de l'amplification des centrosomes. Une cellule normale en interphase (en haut) contient un ensemble de chromosomes dupliqués (4n) et deux centrosomes, comme indiqué par les cercles jaunes avec deux centrioles (barils verts) chacun. Après cytokinèse, deux cellules filles diploïdes (2n) avec un centrosome chacune sont générées. L'échec de la cytokinèse génère une seule cellule fille avec deux noyaux et deux centrosomes. Dans le cycle cellulaire suivant, la duplication des centrioles entraînera une amplification des centrosomes. Dans une cellule qui contient des centrosomes supplémentaires en raison de la surexpression des protéines de duplication des centrioles (en bas), deux scénarios importants ont été décrits. Les centrosomes surnuméraires ne parviennent pas à se regrouper et forment des fuseaux multipolaires qui se divisent de manière multipolaire. On pense que ce type de division a un mauvais résultat pour la survie cellulaire. Dans les cellules où les centrosomes supplémentaires se regroupent pour former un fuseau bipolaire, les attaches mérotéliques (indiquées par le chromosome rouge) peuvent entraîner un retard des chromosomes pendant l'anaphase, générant des cellules aneuploïdes. Si tous les chromosomes sont correctement attachés et bi-orientés au niveau de la plaque métaphasique, deux cellules filles de contenu génétique égal (mais avec des centrosomes supplémentaires) peuvent être générées.

Une autre façon d'accumuler des centrosomes est d'inhiber la cytokinèse, la dernière étape de la division cellulaire, qui générera alors une seule cellule polyploïde binucléée au lieu de deux cellules diploïdes (Fujiwara et al., 2005 Storchova et Pellman, 2004) (Fig. 1) . Néanmoins, à ce stade, il reste à déterminer si les cellules peuvent facilement accumuler des chromosomes et des centrosomes supplémentaires en même temps. Des données récentes ont montré que l'échec répété du clivage induit par le médicament dans les lignées cellulaires transformées et non transformées entraîne la disparition rapide des cellules binucléées avec des extra-centrosomes de la population cellulaire en cycle (Krzywicka-Racka et Sluder, 2011), suggérant que l'amplification des centrosomes est mal toléré dans ces conditions. Cependant, les preuves obtenues in vivo montrent qu'au moins certains tissus peuvent gérer l'accumulation de chromosomes et de centrosomes supplémentaires. C'est le cas des hépatocytes polyploïdes de mammifères, qui sont générés par cytokinèse incomplète et apparaissent après la naissance dans des foies sains (Faggioli et al., 2011 Guidotti et al., 2003 Margall-Ducos et al., 2007) et dans Drosophile glie nécessaire au maintien de l'intégrité de la barrière hémato-encéphalique (Unhavaithaya et Orr-Weaver, 2012). Dans un organisme sain, il est possible que seuls certains types cellulaires aient la capacité d'accumuler des centrosomes et des chromosomes supplémentaires, et il sera important d'identifier les mécanismes qui permettent ou empêchent une telle accumulation.


Biologie des centrosomes et instabilité génétique

Alors que les centrioles sont impliqués dans le recrutement des protéines qui forment le MCP, ce dernier aura la propriété de nucléer et d'ancrer les microtubules (MTs). Grâce à cette capacité, les centrosomes peuvent réguler plusieurs processus à la fois pendant l'interphase et la mitose. Pendant l'interphase, ils influencent la forme, la motilité, la polarité et le transport intracellulaire des cellules. De plus, le plus ancien des deux centrioles peut également fonctionner comme un corps basal semant la croissance des cils ou des flagelles. Au cours de la mitose, ils contribuent à la formation et à l'orientation du fuseau mitotique. Par conséquent, le nombre de centrosomes par cellule est étroitement régulé et, dans des conditions normales, un ou deux centrosomes sont présents en fonction du stade du cycle cellulaire. Altérations du centrosome (en nombre et/ou en structure) sont connus pour compromettre plusieurs processus cellulaires et sont associés à plusieurs troubles humains. Le travail dans notre laboratoire utilise un variété de systèmes modèles pour étudier la fonction des centrosomes dans le développement et la maladie.

Dans les cellules souches neurales (CSN), les deux centrosomes présentent un comportement asymétrique et une teneur en PCM asymétrique et une nucléation MT pendant l'interphase. Asymétrie des centrosomes a été impliqué dans les divisions cellulaires asymétriques. Le positionnement du centrosome permet l'alignement précis du fuseau mitotique le long de l'axe de polarité. Cela contribue à une ségrégation appropriée des déterminants du destin cellulaire et à un positionnement correct des cellules filles dans le tissu. Nous étudions actuellement comment des défauts dans la biogenèse des centrosomes peuvent conduire à des défauts d'asymétrie des centrosomes.

Les cellules contiennent normalement un génome euploïde et diploïde, composé de deux copies de chaque chromosome. Pour assurer une transmission appropriée du matériel génétique, une réplication de l'ADN et une mitose haute fidélité sont nécessaires. Les variations de la ploïdie normale sont appelées aneuploïdie (gain ou perte de chromosomes entiers) et polyploïdie (gain de plusieurs jeux de chromosomes). Les altérations non physiologiques du nombre de chromosomes sont des contributeurs bien établis aux troubles humains : elles sont responsables d'un pourcentage élevé de fausses couches et d'un panel de maladies dont la trisomie 21, les troubles du développement et le cancer.

Dans notre laboratoire, nous nous intéressons aux mécanismes en jeu lorsque l'aneuploïdie et la polyploïdie sont induites dans les cellules en cycle. in vivo. Le caryotype de Drosophile ne comprend que quatre copies de chromosomes, ce qui en fait un modèle très pratique pour étudier les défauts du nombre de chromosomes. En utilisant une combinaison de techniques de génétique, d'imagerie fixe et vivante, de biologie cellulaire et de biologie moléculaire, nous explorons les conséquences de la polyploïdie dans le cerveau et les tissus épithéliaux de Drosophile.

Décrypter la place des dysfonctionnements des centrosomes dans le étiologie des troubles humains est un domaine actif d'investigation en recherche fondamentale et l'un de nos principaux intérêts. Pour aborder cette question, nous avons concentré notre attention sur amplification des centrosomes, un dysfonctionnement caractérisé par la présence de centrosomes surnuméraires, et initialement décrit comme une caractéristique principale du cancer uniquement. Nous avons généré un modèle murin où l'amplification des centrosomes est déclenchée de manière conditionnelle dans n'importe quel tissu ou stade d'intérêt.

Nous avons montré que la présence de centrosomes supplémentaires dans les cellules souches neurales embryonnaires en prolifération est suffisante pour altérer le développement du cerveau et aboutit à microcéphalie (petits cerveaux) à la naissance. Nous avons découvert que l'amplification des centrosomes déclenche des anomalies mitotiques et la génération d'une descendance avec un caryotype anormal (aneuploïdie) incapable de survivre dans le contexte d'un cerveau en développement. De plus, nous avons montré que l'élimination des cellules aneuploïdes dépend de l'activité de p53. Cette étude nous a permis de proposer des défauts mitotiques, l'aneuploïdie et la mort cellulaire qui en résulte comme une nouvelle étiologie de la microcéphalie récessive primaire humaine (MCPH). Les mutations des centrosomes sont fréquemment trouvées dans les familles MCPH et la raison pour laquelle le cerveau des mammifères est si vulnérable aux mutations des centrosomes est un domaine de recherche actif dans notre laboratoire.

En collaboration avec l'hôpital de l'Institut Curie, nous étudions actuellement l'origine et les conséquences des anomalies centrosomes dans cancers épithéliaux de l'ovaire (COU). Le cancer de l'ovaire est la cinquième cause de décès chez les femmes du monde occidental en raison d'un mauvais pronostic associé à une détection tardive. Les mutations de p53, BRCA1 et l'instabilité chromosomique sont fréquemment associées au développement de tumeurs ovariennes, mais on sait peu de choses sur l'organisation du cytosquelette dans ce type de tumeurs. Nous visons à identifier l'implication des processus liés à la MT dans le développement du cancer de l'ovaire afin de comprendre la contribution des centrosomes et du cytosquelette de la MT à l'établissement et au développement du cancer de l'ovaire.


Centriole

Coup d'oeil: Présent uniquement dans les cellules animales et certaines plantes inférieures, un centriole est composé de courtes longueurs de microtubules parallèles les uns aux autres et disposés autour d'une cavité centrale pour former un cylindre.

Dans les cellules animales, les centrioles sont situés dans le centrosome et en font partie, où ils sont des structures appariées situées à angle droit les unes par rapport aux autres. Dans ce contexte, ils sont peut-être impliqués dans l'assemblage du fuseau au cours de la mitose. Le centrosome est positionné dans le cytoplasme à l'extérieur du noyau mais souvent à proximité de celui-ci.

Un seul centriole se trouve également à l'extrémité basale des cils et des flagelles. Dans ce contexte, il est appelé «corps basal» et est lié à la croissance et au fonctionnement des microtubules dans un cil ou un flagelle.

Pour visualiser une image des centrioles dans le sperme de drosophile, interprétée à l'aide de la technologie CIMR GridPoint, CLIQUEZ ICI

Les centrioles présentent une sorte d'énigme
Les centrioles sont présents dans (1) les cellules animales et (2) la région basale des cils et des flagelles chez les animaux et les plantes inférieures (par exemple Chlamydomonas). Dans les cils et les flagelles, les centrioles sont appelés « corps basaux » mais les deux peuvent être considérés comme inter-convertibles.

Les centrioles sont absents des cellules des plantes supérieures.

Lorsque les cellules animales subissent une mitose, elles sont considérées par certains comme bénéficiant de la présence de centrioles qui semblent contrôler la formation de fibres fusiformes et qui ont plus tard un effet sur la séparation des chromosomes. La recherche a cependant montré que la mitose peut avoir lieu dans les cellules animales après la destruction des centrioles. Parfois, cela semble se faire au détriment d'anomalies dans le développement du fuseau et de problèmes ultérieurs de séparation des chromosomes. Des recherches récentes suggèrent également que les embryons de Drosophile arrêter très tôt si la réplication du centriole ne peut pas avoir lieu.

Chez les plantes supérieures, la mitose se déroule de manière parfaitement satisfaisante avec des microtubules formant des fibres fusiformes mais sans l'aide de centrioles. La fonction des centrioles reste donc un mystère.

Structure
Un centriole est composé de courtes longueurs de microtubules disposées sous la forme d'un cylindre à extrémité ouverte d'environ 500 nm de long et 200 nm de diamètre. Les microtubules formant la paroi du cylindre sont regroupés en neuf ensembles de faisceaux de trois microtubules chacun.

Dans les cils et les flagelles où les centrioles sont à la base de la structure et sont appelés corps basaux, l'architecture de la paroi et de la cavité est légèrement différente. En plus des parois cylindriques composées de neuf ensembles de faisceaux de trois microtubules, il existe des parois de neuf ensembles de deux faisceaux. Dans les deux types, il existe une matrice centrale à partir de laquelle des rayons rayonnent comme dans une roue de charrette.

Dans les cellules animales, les centrioles résident généralement par paires avec les centrioles cylindriques à angle droit les uns par rapport aux autres.

Les centrioles organisent autour d'eux un « nuage » de matière protéique, c'est la matière péricentriolaire (PCM). Ensemble, les deux constituent le centrosome le plus important.

Fonction
Les centrioles fonctionnent comme une paire dans la plupart des cellules chez les animaux, mais comme un seul centriole ou corps basal dans les cils et les flagelles.

Centrioles par paires
Les cellules entrant en mitose ont un centrosome contenant deux paires de centrioles et du matériel péricentriolaire (PCM) associé. Pendant la prophase, le centrosome se divise en deux parties et une paire de centrioles migre vers chaque extrémité ou pôle à l'extérieur de la membrane ou de l'enveloppe nucléaire. À ce stade, des microtubules sont produits au bord extérieur du matériau péricentriolaire et se développent sous une forme radiale. La paire centriole et PCM s'appelle un aster. Les microtubules de l'aster à un pôle se développent vers l'aster au pôle opposé. Ces microtubules sont appelés fibres fusiformes. Certains d'entre eux seront attachés par des centromères aux chromosomes alignés sur l'"équateur" de la cellule en division. D'autres, bien que non attachés aux chromatides/chromosomes par les centromères, aideront à séparer les deux parties de la cellule en division.

Un seul centriole ou corps basal.
À la base de chaque cil ou flagelle, il y a un seul centriole. Cette structure et le matériau péricentriolaire associé, construisent des microtubules dans une direction linéaire. Ces microtubules forment la majeure partie de l'intérieur des cils et des flagelles et sont en grande partie responsables, à l'aide de moteurs protéiques, des aspects mécaniques de leur mouvement. Le centriole à la base de chacun semble également exercer un certain degré de direction et de contrôle sur le mouvement des cils et des flagelles.

Réplication
Dans les cellules où les centrioles sont présents par paire, la réplication a lieu pendant tout le cycle cellulaire. Dans la phase G1 les deux cylindres centrioles s'écartent très légèrement l'un de l'autre. Au cours de la phase S, de nouveaux cylindres de microtubules se forment à proximité et à angle droit des deux cylindres « mères ». Les deux paires de centrioles restent très proches l'une de l'autre jusqu'au stade prophase de la mitose. À ce stade, ils se séparent, les deux paires de centrioles se déplaçant sur la surface externe de l'enveloppe nucléaire vers des extrémités opposées ou « pôles » de la cellule, pour former les pôles astraux de la cellule en division.

  • Les centrioles se produisent comme jumelé organites cylindriques avec du matériel péricentriolaire (PCM) dans le centrosome d'une cellule animale.
  • Les centrioles se trouvent Célibataire structures dans les cils et flagelles dans les cellules animales et certaines cellules végétales inférieures.
  • Les centrioles sont constitués de microtubules.
  • Dans les cellules animales, les centrioles organisent le matériel péricentriolaire pour produire des microtubules comprenant des fibres du fuseau mitotique.
  • Les centrioles présentent une sorte d'énigme, ils semblent avoir un effet sur l'issue de la mitose dans les cellules animales. Lorsqu'il est présent, il y a une division satisfaisante mais sans eux, la mitose a toujours lieu mais parfois avec un résultat insatisfaisant. Les centrioles sont absents des cellules des plantes supérieures mais une mitose normale a lieu et avec des résultats satisfaisants.

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Commentaires:

  1. Qutuz

    Ce n'est pas une blague !

  2. Dassous

    Je le comprends bien. Je peux aider à la décision de question. Ensemble, nous pouvons trouver la décision.



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