Organisation du réseau microtubulaire et morphogenèse cellulaire - Microtubule organization and cellular pattern formation – MTOC function

Le réseau de microtubules (MT) est essentiel au déroulement de processus cellulaires comme la mitose, le transport d'organites ou la morphogenèse. Les éléments clés de l'assemblage du réseau microtubulaire sont les centres organisateurs des MTs (MTOCs). Nous utilisons la levure S. pombe pour étudier les bases moléculaires de formation des MTOCs ainsi que les mécanismes qui leur permettent d'organiser les MTs en réseaux fonctionnels qui contrôlent l'organisation spatiale de la cellule. Les MTOCs sont de larges complexes protéiques qui existent chez tous les eucaryotes. Ils sont impliqués dans la régulation du nombre, de la dynamique et de la distribution des microtubules. Si la nucléation des MTs par un complexe contenant de la gamma-tubuline (g-TuRC) est bien caractérisé, on comprend moins bien comment les MTOCs organisent les microtubules en réseaux fonctionnels distincts. Alors que le centrosome, MTOC principal des cellules animales, assemble un réseau radial de MTs, certaines cellules différentiées comme les cellules épithéliales polarisées ou les myotubes, possèdent d'autres types de MTOCs qui organisent les microtubules en réseaux linéaires. Comment ces MTOCs alignent les MTs et les trient suivant leur polarité n'est pas connu. De plus, les MTOCs sont attachés sur des organites cellulaires spécifiques pour accomplir leur fonction et les mécanismes d'attachement sont largement inconnus. S. pombe possède trois classes de MTOCs qui organisent tous des réseaux linéaires de MTs : le spindle pole body (SPB), équivalent de centrosome, de multiples MTOCs interphasiques (iMTOCs) et le MTOC equatorial post-mitotic (eMTOC). De plus, en interphase, S. pombe possède un réseau de MTs simple qui se prête facilement à l'analyse poussée par microscopie. Il est composé de quatre à six faisceaux de MTs alignés sur le grand axe de la cellule. Chaque faisceau contient deux microtubules antiparallèles qui se chevauchent légèrement à leurs bouts moins dans la région de l'iMTOC alors que les bouts plus sont dirigés vers les extrémités de la cellule. Les iMTOCs possèdent de nombreuses propriétés en commun avec les centrosomes: capacité de nucléation et d'organisation des MTs et attachement à l'enveloppe nucléaire. Ils ne sont pas essentiels, ce qui facilite l'analyse des mutants affectant leur fonction. Enfin, les mutants dont les microtubules interphasiques sont désorganisés ont des défauts de forme et peuvent être facilement isolés. S. pombe est donc un système modèle idéal pour la dissection moléculaire des MTOCs non centrosomaux qui arrangent les MTs en réseaux linéaires. Pour comprendre comment les iMTOCs sont assemblés et organisent les faisceaux linéaires antiparallèles, nous proposons de caractériser en détail la fonction de deux protéines que nous avons identifié récemment : mto2p qui recrute le g-TuRC sur l'envelope nucléaire ou sur les microtubules préexistants ; et ase1p une protéine de la famille ASE1/PRC1/MAP65 favorisant la formation de faisceaux de MTs. Nous étudierons comment ces facteurs coopèrent avec la kinésine de bouts moins klp2p, responsable du glissement antiparallèle des microtubules, pour assurer l'assemblage des faisceaux linéaires antiparallèles. Nous étudierons aussi les mécanimes moléculaires d'attachement et de distribution des iMTOCs sur l'enveloppe nucléaire. Une fois assemblé le réseau microtubulaire linéaire interphasique possède deux fonctions bien établies pour l'organisation spatiale de la cellule : l'établissement des zones de croissance aux extrémités de la cellule et le centrage du noyau. Dans ce système, la position du noyau marque aussi le futur site de division. Un déterminant majeur de la position du plan de division est mid1p qui définit en interphase un compartiment au cortex médian où la myosine II est recrutée à l'entrée en mitose. Cet évènement débute l'assemblage de l'anneau contractile en position médiane et assure la production de deux cellules filles de taille égale après la cytocinèse. On ignore comment l'ancrage de mid1p est restreint au cortex central. Nos résultats récents impliquent le facteur de polarité pom1p, dont la localisation aux extrémités cellulaires dépend des MTs et du facteur de polarité tea1p. Ces résultats suggèrent que la définition du plan de division pourrait être une troisième fonction du réseau interphasique linéaire de microtubules. Nous étudierons donc en détail comment la régionalisation de mid1p au cortex central est liée à l'établissement de la polarité cellulaire par le réseau de MTs.

En conclusion, les iMTOCs de la levure S. pombe font partie d'une classe de MTOCs qui arrange les MTs en réseaux linéaires. Notre travail sur les iMTOCs devrait fournir des informations sur les mécanismes d'assemblage des MTOCs en général, ainsi que sur l'assemblage des réseaux linéaires de MTs. De plus, nos résultats devraient nous permettre de comprendre comment le réseau linéaire interphasique de MTs influence la position du plan de division.