Mécanismes d’assemblage du fuseau mitotique – Mitosis

La mitose est une étape clé de la vie de la cellule au cours de laquelle un fuseau mitotique bipolaire est assemblé pour ségréger les chromosomes dupliqués dans les deux cellules filles. L'organisation et le fonctionnement du fuseau requièrent précision, fidélité, et robustesse. Les disfonctionnements du fuseau peuvent en effet aboutir à des défauts de ségrégation des chromosomes et produire des cellules aneuploïdes, un trait fréquent de certains types de cancers. Le fuseau mitotique est une machine moléculaire composée des microtubules, de moteurs moléculaires, de MAPs (Microtubule Associated Proteins), et autres protéines régulatrices. Le rôle des moteurs a été particulièrement étudié du fait de leur capacité à ponter les microtubules entre eux et à les faire glisser les uns par rapport aux autres pour les assembler en structure bipolaire; de leur propriété de dépolymérisation des microtubules qui contribue au maintien de la longueur du fuseau; et de leur rôle crucial dans la migration des chromosomes vers les pôles du fuseau. De manière surprenante, les MAPs et autres protéines régulatrices du fuseau ont par contre été très peu étudiées et l'on ignore largement comment ces protéines coopèrent avec les moteurs pendant l'assemblage et le fonctionnement du fuseau mitotique.
Mon laboratoire étudie les mécanismes d'assemblage et de fonctionnement du fuseau mitotique chez la levure Schizosaccharomyces pombe, un organisme modèle simple, ainsi que dans les cellules humaines en culture. Ce projet est focalisé sur l'étude du rôle des MAPs dans les étapes initiales d'assemblage du fuseau bipolaire en début de mitose. En utilisant la levure S. pombe pour découvrir de nouveaux genes, nous avons identifié et commencé à caractériser le gène psr1+ (pole separation regulator 1) qui participe aux phases précoces d'assemblage du fuseau. En effet, la délétion de psr1+ induit un fort pourcentage de fuseaux monopolaires, associé à d'importants défauts de ségrégation des chromosomes. De manière intéressante, psr1+ semble avoir un homologue fonctionnel chez l'homme, un nouveau gène que nous appelons PSR1. Comme chez la levure, l'inactivation de PSR1 dans les cellules Hela par SiRNA, aboutit fréquemment à l'assemblage de fuseaux mitotiques monopolaires et à des défauts de ségrégation des chromosomes. Nos données préliminaires chez la levure indiquant aussi que psr1p se localise aux pôles du fuseau mitotique et intéragit avec la protéine à domaine SUN sad1p ainsi qu'avec la protéine +TIP EB1 mal3p, nous proposons de tester un modèle fonctionnel pour psr1p dans les étapes initiales de l'assemblage du fuseau mitotique bipolaire. Dans ce modèle, psr1p localisé aux pôles grâce à sad1p capture les bouts plus des microtubules provenant de l'autre pôle en interagissant avec mal3p et contribue ainsi à l'établissement d'un fuseau bipolaire. Ce modèle servira de nouveau cadre conceptuel pour l'étude de l'assemblage du fuseau mitotique chez la levure comme chez l'homme.
Ce projet combinera des techniques modernes de biologie cellulaire et moléculaire chez la levure, ou dans les cellules humaines en culture, de biochimie et de microscopie optique à haute résolution sur cellules vivantes et in vitro et des techniques innovantes de microfluidique pour contrôler le microenvironnement cellulaire afin d'obtenir une vision mécanistique du mode d'assemblage du fuseau mitotique.
Grâce à notre expertise dans l'étude de l'architecture des réseaux de microtubules et des mécanismes d'assemblage du fuseau mitotique chez la levure attestée par nos publications dans les meilleures journaux (Loiodice et al, 2005 Mol Biol Cell; Janson et al, 2007 Cell; Fu et al, 2009 Dev Cell) et à celle de l'équipe de Mathieu Piel pour l'étude de la mitose dans les cellules de Mammifères (Fink et al, 2011 Nat Cell Biol), nous sommes les mieux placés pour découvrir la fonction de psr1+/PSR1 dans le processus fondamental d'assemblage du fuseau mitotique .