Déterminants physiques et moleculaires du contrôle allométrique de la taille des fuseaux – CytoScale

Chez les métazoaires, le développement embryonnaire précoce a lieu sans augmentation du volume de l’embryon. La taille des cellules embryonnaires (ou blastomères) décroît donc dramatiquement au cours de cette phase (elle passe par exemple de 1,2mm à 12 microns chez le Xénope). Des études réalisées dans les embryons précoces de Xénope, du ver nématode Caenorhabditis elegans ou de souris ont montré que des structures cellulaires comme les fuseaux de division, les centrosomes ou les noyaux adaptent leurs tailles au volume des blastomères. Néanmoins, cette adaptation n’est pas totalement proportionnelle ou isométrique. On observe en fait une adaptation sous-proportionnelle caractéristique et appelée adaptation allométrique.

En utilisant une combinaison d’imagerie confocale en cellules vivantes, de microscopie biphotonique et de reconstruction tridimensionnelle, nous avons systématiquement mesuré la longueur des fuseaux de division, la vitesse d’assemblage des microtubules formant ces fuseaux et le volume des blastomères dans des embryons de C. elegans à différents stades du développement. Nous avons ainsi démontré une relation logarithmique compatible avec une adaptation allométrique entre ces trois paramètres. Les mécanismes moléculaires contrôlant cette adaptation ainsi que sa signification fonctionnelle son totalement inconnus. Si un fuseau ne peut évidemment pas être plus long que le blastomère dans lequel il est contenu, nous suspectons que cette adaptation pourrait également avoir un impact sur le positionnement correct des fuseaux de divisions dans les cellules et/ou sur la ségrégation des chromosomes, principale fonction des fuseaux. L’existence potentielle d’une telle adaptation en dehors du contexte embryonnaire, dans des tissus somatiques par exemple, est une autre question fondamentale que nous aborderons. Nous avons en effet identifié chez C. elegans un tissu somatique composé de plusieurs cellules se divisant successivement dans un épithélium de taille constante. Le volume de ces cellules décroit donc après chaque division. Parallèlement, la longueur des fuseaux de division et la vitesse d’assemblage des microtubules composant ces fuseaux diminuent dans ces cellules. Ces résultats démontrent le caractère potentiellement généralisable de l’adaptation allométrique de la taille des fuseaux au volume cellulaire en dehors du contexte embryonnaire précoce. L’ensemble de nos résultats préliminaires est donc en accord avec les différents modèles théoriques existant qui proposent que l’adaptation de la taille des fuseaux peut en grande partie être contrôlée par la modulation de la vitesse d’assemblage des microtubules et de leur dynamique en générale.

Nous utiliserons une combinaison d’approches génétiques chez C. elegans, de microscopie en cellule vivante, de tests biochimiques in vitro et de modélisation in silico pour déterminer les mécanismes moléculaires régulant l’adaptation allométrique de la taille des fuseaux au volume cellulaire, ainsi que sa fonction dans différents contexte embryonnaires et somatiques.