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Des défauts structurels pour renouveler les microtubules

publié le

​L’analyse en microscopie à fluorescence de la dynamique de renouvellement des molécules qui composent les microtubules a révélé que les défauts nanoscopiques dans la paroi du microtubule sont à l’origine de l’incorporation de nouvelles molécules de tubulines. Ces défauts de structure peuvent être à l’origine de propriétés originales et offrent ainsi un nouveau levier de régulation de leur stabilité.

Les microtubules occupent un rôle déterminant dans la gestion de l’organisation interne des cellules vivantes. Ils servent de rails au transport intracellulaire et de câbles pour séparer les chromosomes au cours de la division des cellules. Ce sont des polymères très dynamiques qui s’assemblent et se désassemblent en permanence à leurs extrémités. Ce processus, appelé instabilité dynamique, permet au réseau de microtubules de produire des forces et d’adapter son architecture à celle de la cellule.

Les microtubules sont composés de 13 protofilaments qui s’associent pour former un tube rigide et creux. Mais cet arrangement n’est pas aussi parfait qu’il y paraît. Récemment plusieurs laboratoires ont observé que la dynamique des microtubules n’était pas limitée à leurs extrémités. En effet, les molécules de tubuline (brique de base qui sert à leur polymérisation) pouvaient également s’ajouter le long d’un microtubule de longueur constante. Mais le mécanisme sous-jacent était encore inconnu.

Pour résoudre cette question, un consortium de chercheurs du laboratoire Physiologie Cellulaire & Végétale de l’Irig, de l’Institut de Génétique & Développement de Rennes, du Centre de Recherche en Biologie cellulaire de Montpellier et du Laboratoire Interdisciplinaire de Physique de Grenoble est allé explorer les liens possibles entre la structure, la biochimie et l’incorporation le long des microtubules, de tubuline. Leurs observations des microtubules en microscopie électronique a révélé l’existence de nombreux défauts (trous, dislocations) le long des quelques millimètres de microtubule présent dans chaque cellule. L’analyse en microscopie à fluorescence de la dynamique de renouvellement des molécules qui composent les microtubules a révélé que ces défauts nanoscopiques dans la paroi du microtubule sont à l’origine de l’incorporation de nouvelles molécules de tubulines.

Ces résultats montrent que, dans les microtubules comme dans les alliages métalliques, loin de n’être qu’une source de faiblesse, les défauts de structure peuvent également être à l’origine de propriétés originales et offrent ainsi un nouveau levier de régulation de leur stabilité.

La structure des microtubules est dynamique à proximité d’un défaut. L’incorporation de nouvelles molécules de tubuline (jaune) dans le réseau propage le défaut le long du microtubule et de fait renouvelle sa composition. Illustration de Illuscientia
Les microtubules sont des filaments rigides qui font partie du squelette des cellules. Ils sont en renouvellement permanent et leur temps de vie moyen ne dépasse pas quelques minutes. En effet, les microtubules poussent régulièrement, depuis le centre de la cellule vers la périphérie, mais peuvent à tout instant se désassembler complètement et de façon aléatoire. Le processus de reconstruction permanent permet au réseau de microtubules d’adapter son architecture et d’accompagner les changements morphologiques des cellules.

repris de l’actualité CEA

Voir en ligne : Schaedel L, TriclinS, Chrétien D, Aubrieu A, Aumeier C, Gaillard J, Blanchoin L, Théry M and John K, Lattice defects induce microtubule self-renewal. Nature Physics, 2019