La mécanobiologie des fuseaux mitotiques révèle une loi d'échelle universelle régie par l'encombrement des chromosomes

Les cellules régulent la taille de leurs structures internes pour maintenir leur fonction dans divers contextes biologiques. Le fuseau mitotique, une micromachine moléculaire responsable de la ségrégation des chromosomes, doit s'adapter à des génomes dont la taille varie de plus de 10 000 fois chez les eucaryotes. Cependant, la manière dont la biomécanique du fuseau s'adapte à des tailles de génomes très différentes demeure inconnue. Nous découvrons ici une loi d'échelle universelle du fuseau, où la largeur de la plaque métaphasique s'adapte à la taille du génome selon une loi de puissance avec un exposant d'environ 1/3. Nous émettons l'hypothèse que l'encombrement des chromosomes au sein de la plaque métaphasique génère des forces de compression lorsque les chromosomes se poussent les uns contre les autres, déterminant ainsi la taille et la forme du fuseau. Nos expériences sur la modification du nombre et des propriétés mécaniques des chromosomes dans des cellules humaines et murines saines et cancéreuses, ainsi qu'un modèle théorique basé sur les forces de poussée interchromosomique et les manipulations mécaniques des cellules, confirment cette hypothèse. En étendant ces connaissances aux eucaryotes, nous démontrons que l'encombrement des chromosomes prédit l'échelle de puissance observée. La contrainte biophysique de l'encombrement des chromosomes offre une explication mécaniste de l'évolution de la mitose ouverte et de l'arrondissement cellulaire mitotique, permettant la division de génomes plus grands. L'adaptabilité du fuseau mitotique à des génomes plus grands pourrait favoriser la prolifération de cellules polyploïdes, entraînant non seulement la progression tumorale, mais aussi la spéciation au cours de l'évolution.