Fuseau mitotique

Pour que la cellule ne perde pas le Nord
NuMA aide la «boussole
correctement orientée
Comprendre l’orientation des divisions cellulaires
Certains cancers sont causés par des défauts dans les mécanismes qui contrôlent la division des cellules.
Les cellules malades se divisent de manière incontrôlée et peuvent devenir immortelles. Plusieurs études
ont montré qu’une protéine appelée NuMA joue un rôle chez certaines cellules cancéreuses. Nos derniers
travaux mettent en lumière le rôle de NuMA sur l'orientation des divisions cellulaires.
.
L'orientation des divisions cellulaires est un mécanisme
extrêmement important au cours du développement et
de la vie adulte des organismes vivants. La régulation de
l'orientation des divisions permet l'apparition de
différents types cellulaires ainsi que la mise en forme des
tissus qui composent notre organisme (encadré 1). Il a été
montré récemment qu'une dérégulation de ce
mécanisme entraîne une perte ou une mauvaise
organisation de la polarité des cellules, favorisant ainsi
leur tumorisation(1)(2). Comprendre comment la
«boussole cellulaire» est contrôlée nous permettra de
mieux expliquer ce qui fait dysfonctionner les cellules… et
les rend cancéreuses.
NuMA, une protéine essentielle à la bonne santé
des cellules
Les cellules cancéreuses se divisent de manière
incontrôlée et plus souvent que les cellules saines. Elles
deviennent pratiquement immortelles et peuvent ainsi
nuire au bon fonctionnement de l’organisme.
Au cours des dernières années, plusieurs équipes ont
identifié la protéine NuMA comme étant importante pour
le maintien de la santé des cellules. Elle est présente chez
de nombreux organismes, c’est-à-dire qu'elle est
hjgfehgfjhegfjhdgfjhdgfshfgjhsdghhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhhh
1- L’importance de l’orientation des divisions
conservée entre les espèces. On la retrouve, entre-autres
chez le ver nématode, la mouche drosophile, le poissonzèbre, la souris et l'homme.
La mouche drosophile, un excellent modèle pour
étudier NuMA
Au sein de l'équipe de Y. BELLAICHE à l'Institut Curie,
nous nous sommes d’abord intéressés au rôle de NuMA
pendant les divisions cellulaires chez la drosophile. En
laboratoire, cette mouche est un modèle simple et
pratique pour comprendre les mécanismes du vivant
(encadré 2). Nous avons regardé de plus près la polarité
cellulaire et l'orientation des divisions tout au long du
développement de la mouche.
Nous nous concentrons sur l'étude d'une division
particulière qui est dite asymétrique car elle permet de
générer deux cellules-filles différentes. Pendant cette
division, l'orientation de la «coupure» est cruciale et
dépend directement de la polarité de la cellule. Au
laboratoire, nous avons identifié des protéines
impliquées dans le contrôle de la polarité et donc
indirectement de l'orientation(3). Mais il nous manquait
encore le lien direct entre ces protéines et le fuseau
mitotique qui détermine l'axe de la division.
La division cellulaire permet d’augmenter le nombre de cellules (une
cellule donne deux cellules-filles). La plupart du temps, les cellules se
divisent symétriquement : une cellule qui se divise donne deux cellules
identiques à elle-même.
Cependant il existe des divisions particulières qui sont dites
asymétriques : elles génèrent deux cellules différentes. L’un des
mécanismes de division asymétrique passe par l’acquisition d’une
polarité cellulaire (des molécules se localisent préférentiellement d’un
côté ou de l’autre de la cellule). Le fuseau mitotique s’aligne alors avec
ces molécules pour déterminer l’axe de division. Si le fuseau mitotique
est correctement aligné avec les molécules polarisantes, les cellulesfilles héritent chacune d’une molécule différente et sont alors
différentes entre-elles. Elles peuvent alors se différencier en des types
cellulaires différents (neurone et poil, par exemple).
En revanche, si le fuseau est mal orienté et que la «coupure» se fait au
mauvais endroit, les deux cellules-filles reçoivent chacune un peu de
toutes les molécules : elles seront identiques entre-elles. Les deux
différents types cellulaires ne seront alors pas générés. Il se peut que
ces cellules anormales deviennent «folles», c’est-à-dire cancéreuses.
Division cellulaire
classique
Division cellulaire polarisée
asymétrique / symétrique
cellulaire»
à
être
Nous avons étudié plusieurs protéines susceptibles de
réaliser ce lien et c’est NuMA qui a présenté le rôle le plus
intéressant. NuMA était connue pour se lier directement au
fuseau mitotique, mais son rôle dans l’orientation de la
division était inconnu. Nous avons observé des divisions de
cellules mutantes pour NuMA. Il s’agit de cellules où la
protéine NuMA est absente ou inactive. L'orientation des
divisions devient complètement aléatoire : c’est la preuve que
NuMA contrôle l'orientation du fuseau mitotique dans notre
cellule d'intérêt. Nos résultats indiquent donc que NuMA
serait effectivement le lien entre les protéines polarisantes
précédemment identifiées et le fuseau mitotique (encadré 3).
C'est la première fois qu'un tel lien est identifié.
Ayant caractérisé cette fonction de NuMA chez la
drosophile, nous cherchons dorénavant à savoir si ce rôle est
conservé chez d'autres animaux. Pour cela, nous avons
débuté une étude chez le poisson-zèbre. Cet animal est plus
proche de l'homme car c'est un vertébré comme lui à
l’inverse de la drosophile (encadré 2). Nos premiers résultats
indiquent que la fonction de NuMA contrôle également
l'orientation des divisions chez les vertébrés comme le
poisson-zèbre. Le rôle de NuMA traverse bien la frontière des
espèces…
Notre étude permet de mieux comprendre un mécanisme
essentiel du développement des organismes. Nous avons
montré le rôle de la protéine NuMA sur l'orientation des
divisions cellulaires et sa conservation chez plusieurs espèces.
La régulation des divisions étant essentielle au maintien des
cellules saines et à leur non-cancérisation, notre étude sur
NuMA pourra permettre de mieux comprendre les
mécanismes de formation des tumeurs.
2- Pourquoi étudier la drosophile et le poisson-zèbre ?
La drosophile et le poisson-zèbre sont des organismes modèles.
Ils sont très étudiés car ils possèdent l’avantage d’avoir un cycle
de vie court (15 jours pour la drosophile, 90 jours pour le
poisson-zèbre contre 15 ans chez l’homme avant de pouvoir se
reproduire). Ils se multiplient très rapidement et en grand
nombre, tout en étant faciles à élever. Un autre avantage majeur
de ces animaux modèles est qu’ils possèdent de nombreux
gènes très ressemblants de ceux des humains. On peut donc
réaliser sur eux des expériences difficilement réalisables chez
l’homme et en étendre les résultats.
Drosophile
Poisson-zèbre
Souris
Légende
Fuseau mitotique
Homme
Mammifères
Cellule
Organismes
pluricellulaires
Molécules polarisantes
Neurone
Poil
Cellules anormales
Fuseau
mitotique
NuMA
Cellule en
division
Molécules
polarisantes
Le lien entre les molécules polarisantes et le fuseau
mitotique était inconnu. Nous avons identifié NuMA comme
étant ce lien. NuMA permet de bien positionner le fuseau
mitotique pour qu’il s’aligne avec les molécules polarisantes.
La division asymétrique se déroule correctement.
Des mots pour comprendre
NuMA chez l’homme ?
Bactérie
3- NuMA, le lien entre le fuseau et la polarité
Vertébrés
Arbre simplifié du vivant
Cellule-fille :
cellule issue de la division d’une cellule dite «mère»
Cellule mutante :
cellule dans laquelle une protéine et/ou un gène est
modifié pour changer sa fonction ou l’inactiver.
Division asymétrique :
division qui donne naissance à deux cellules-filles
différentes.
Drosophile :
petite mouche, dite aussi mouche du vinaigre ou des fruits,
très utilisée en génétique et en biologie comme organisme
modèle.
Fuseau mitotique :
structure présente dans la cellule en division qui permet la
migration de l’ADN dans les deux cellules-filles et qui
définit l’axe de «coupure» de la cellule.
Polarité cellulaire :
une cellule acquiert une polarité lorsqu’elle n’est plus
symétrique.
Tumorisation :
transformation d’une cellule saine en cellule cancéreuse,
avant la formation d’une tumeur (= cancérisation).
Type cellulaire :
il s’agit de la catégorie à laquelle appartient une cellule :
cellule de peau, de muscle, d’os, neurone, poil…
 Références
(1) Equipe de C. Gonzalez, Barcelone, 2005
(2) Equipe de J. Knoblich, Vienne, 2006
(3) Equipe de Y. Bellaïche, Paris, 2005
Projet : le rôle de NuMA
au cours des divisions cellulaires
Marion SEGALEN