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Une nouvelle approche pour décrypter la dynamique des microtubules

Institut Curie
01/02/2022
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L'Institut Curie vient de développer une nouvelle approche pour optimiser l’analyse de la dynamique du cytosquelette et celle des protéines interagissant avec les microtubules. Elle ouvre des perspectives de compréhension de mécanismes clefs en biologie et de phénomènes pathologiques survenant lors des mutations des protéines associées aux microtubules (MAP).
Portrait Carsten Janke

Toutes les cellules vivantes contiennent des filaments - le cytosquelette - qui leur permettent d’assurer les fonctions les plus essentielles telles que leur division, leur motilité ou le transport intracellulaire. Ces filaments du cytosquelette sont dynamiques, constamment assemblés et désassemblés, et la compréhension de leur comportement est une question clef de la biologie cellulaire.

Parmi les fibres du cytosquelette : les microtubules forment des assemblages, par exemple les fuseaux mitotiques ou méiotiques dans les cellules en division ou encore des axonemes qui sont responsable de la motilité cellulaire (cils et flagelles). Pour cela, les microtubules sont capables d’interagir avec un grand nombre de protéines différentes : les « MAP » (pour Microtubule-Associated Protein). Comment ces MAP, ou combinaisons de MAP, influent-elles le comportement des microtubules ? Comment les activités individuelles des MAP contribuent-elles à la formation d'assemblages complexes de microtubules ? Pour répondre à ces questions cruciales en biologie, il est nécessaire de reconstituer des réseaux de microtubules à partir de protéines purifiées. Si cela permet de recueillir des informations mécanistiques importantes, de telles expérimentations in vitro sont cependant très délicates car elles nécessitent de disposer de protéines purifiées.

Les chercheurs de l’équipe « Régulation de la Dynamique des Microtubules » de l’Institut Curie au sein de l’unité Intégrité du génome, ARN et cancer (UMR3348, Institut Curie, CNRS) ont développé une approche expérimentale inédite qui utilise des lysats (produits résultant de la désintégration de la membrane d'une cellule biologique) de cellules exprimant certaines MAP marquées par la GFP, une protéine fluorescente. L’équipe menée par Carsten Janke, directeur de recherche au CNRS, a réussi à analyser 45 MAPs, toutes solubles et fonctionnelles dans leur système expérimental.

Notre approche expérimentale a permis de surmonter les limites liées à la purification et la solubilité des protéines. La simplicité de notre méthodologie est inédite et ouvre de nombreuses perspectives quant à une analyse plus vaste de l’ensemble des molécules qui interagissent avec les microtubules

se réjouit Carsten Janke.

Notre étude a permis de caractériser 45 MAPs et de révéler certains comportements des microtubules jusqu'alors inconnus ; en particulier, la formation de crochets aux extrémités des microtubules en croissance. Ces découvertes illustrent toute la potentialité de notre nouvelle approche 

Plus encore, grâce à cette nouvelle technique expérimentale, chaque nouvelle donnée peut être immédiatement comparée à un large ensemble d'autres MAPs.

Ces travaux constituent le chaînon manquant entre les études cellulaires et les expériences de reconstitution in vitro avec des protéines purifiées. Cette nouvelle approche peut facilement être étendue pour analyser un grand nombre de MAP et de mutations de MAP provenant de maladies humaines et pourrait également être appliquée à la recherche de molécules médicaments.

MAPs publi Carsten Janke
Trois différents MAPs génèrent des formes étonnantes avec des microtubules en croissance.

Référence : Jijumon, A.S., Bodakuntla, S., Genova, M. et al. Lysate-based pipeline to characterize microtubule-associated proteins uncovers unique microtubule behaviours. Nature Cell Biology (2022). https://doi.org/10.1038/s41556-021-00825-4

Equipe Régulation de la dynamique des microtubules