Reconstitution de l'organisation, par la SUMOylation, de la midzone du fuseau mitotique – SUMOzone

Pour atteindre ses objectifs, le projet SUMOzone utilise une approche intégrée combinant biologie cellulaire, biochimie et imagerie avancée. Les analyses in vivo sont menées sur la levure bourgeonnante, un organisme modèle idéal pour étudier la division cellulaire. Des souches mutantes ont été utilisées : certaines portent des versions défectueuses des protéines SUMO (smt3-331), d’autres des versions mutées de Cin8 ou d’Ase1 qui ne peuvent plus être SUMOylées. Ces outils génétiques permettent d’observer directement les conséquences de l’absence de SUMOylation sur la dynamique du fuseau. L’imagerie en temps réel par microscopie a permis de visualiser l’organisation du fuseau et le comportement des protéines. Des expériences de co-immunoprécipitation ont été réalisées pour étudier les interactions entre Cin8 et Ase1. En parallèle, des approches in vitro ont permis de purifier les protéines et de tester leur SUMOylation dans des systèmes reconstitués. Les expérimentations de microscopie TIRF ont servi à observer le glissement et l’organisation des microtubules en présence ou en absence de SUMOylation. Enfin, des expériences ont porté sur le démantèlement du fuseau grâce à l’étude de protéines appelées STUbL et de la machine cellulaire Cdc48, connues pour extraire des protéines SUMOylées. Cette combinaison d’approches offre une vision complète du rôle de la SUMOylation dans l’assemblage et le désassemblage du fuseau.

Les résultats obtenus confirment que Cin8 et Ase1 sont bel et bien modifiées par SUMO in vivo. Lorsque la SUMOylation est perturbée, comme dans les mutants smt3-331 ou Cin8-5R, les fuseaux deviennent anormalement longs ou instables, ce qui indique une fonction essentielle de la SUMOylation dans le contrôle de la longueur du fuseau. Les expériences de co-immunoprécipitation ont montré que la SUMOylation favorise l’interaction entre Cin8 et Ase1. Les observations in vitro ont révélé que Cin8 peut transporter Ase1 le long des microtubules, et qu’ensemble ils participent à la stabilisation du fuseau. Cependant, les expériences de FRET pour visualiser la SUMOylation directement dans les cellules n’ont pas donné de résultats concluants, probablement à cause de la faible proportion de protéines modifiées. Enfin, le rôle de la SUMOylation dans le démantèlement du fuseau a été mis en évidence : Cin8 SUMOylée est ciblée par un complexe enzymatique (Slx5/Slx8) qui l’ubiquityle et permet son extraction par la machine Cdc48. En absence de cette voie, les protéines s’accumulent, entraînant un fuseau défectueux. Ces résultats démontrent que la SUMOylation agit comme un double régulateur : elle facilite l’assemblage du fuseau et en coordonne aussi le démantèlement au bon moment.

Les résultats du projet ouvrent plusieurs perspectives importantes. Tout d’abord, il reste à mieux comprendre comment la SUMOylation agit de manière collective, en modifiant simultanément plusieurs protéines du fuseau, pour stabiliser des réseaux complexes. Les approches futures incluront des études de microscopie à haute résolution et des analyses de protéomique quantitative pour cartographier l’ensemble des sites SUMOylés. Ensuite, un autre enjeu est d’explorer l’interaction entre la SUMOylation et d’autres modifications comme la phosphorylation et l’ubiquitylation. Ces combinaisons pourraient former un langage de modifications qui régule finement la dynamique des protéines du fuseau. Enfin, les implications biomédicales sont importantes : les erreurs de division cellulaire sont une cause majeure d’instabilité génétique et de cancer. Comprendre comment la SUMOylation contrôle le fuseau pourrait donc aider à identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans les maladies liées à la division cellulaire. Ces recherches ouvriront la voie à des collaborations pluridisciplinaires entre biologistes du cytosquelette, biologistes du noyau et chercheurs en biomédecine.

N/A

Le but de ce projet est d’étudier le rôle de la SUMOylation et de l’ubiquitylation dans l’organisation et désassemblage de la midzone du fuseau. Des résultats préliminaires indiquent qu'in vivo, la SUMOylation contrôle l’activité d’un moteur moléculaire impliqué dans l’organisation du fuseau. De plus, la SUMOylation est essentielle pour le désassemblage du fuseau via le recrutement d’un type spécifique d’enzyme, les SUMO-targeted Ubiquitin Ligases (STUbLs). Elles vont avec d’autres facteurs, extraire les protéines de la midzone et permettre leur dégradation par le protéasome. Grâce à l’utilisation de systèmes biomimétiques nous déterminerons : 1) comment la SUMOylation, contrôle l’activité du moteur cité précédemment et son interaction avec d’autres protéines de la midzone, 2) l’effet de la SUMOylation sur la formation de complexes de protéines associées aux microtubules et 3) pour finir nous reconstituerons l’ubiquitylation et le désassemblage de la midzone par les STUbLs in vitro.