Complexes de septines

Depuis leur découverte, il a été suggéré que les septines fonctionnaient sous forme de complexes. La première caractérisation des complexes de septines a été faite chez la drosophile. Il a été montré que ces septines existaient dans un complexe hexamèrique composé de deux exemplaires de Pnut, septine1 et septine 2 (Field et al., 1996) , (Oegema et al., 1998).

De même, le complexe des septines chez le levure semble d’être un octamère contenant des rapports stœchiométriques de CDC3, CDC10 et CDC12, avec des niveaux sous-stœchiométriques de Cdc11 et Shs1 (Frazier et al., 1998) . Il a été proposé que ces septines étaient en concurrence pour les positions terminales d’octamère(Bertin et al., 2008)(Garcia et al., 2011).

Plusieurs études ont prouvé que les septines fonctionnaient au sein de complexes. Il n’existe aucune preuve montrant qu’une septine pouvait fonctionner individuellement sans être incorporée dans un complexe (Fung et al., 2014).

 Les complexes de septines chez les levures :

Le complexe des septines le mieux caractérisé est celui de S. cerevisiae, qui a été identifié par microscopie électronique (ME) par Frazier et ses collègues. Ils ont montré que le complexe des septines existait en tant que structure en forme de tige constituée des septines CDC3, CDC10, CDC11, et CDC12 (Frazier et al., 1998). Plus tard, il a été déterminé que cette tige se composait de deux tétramères positionnés en symétrie dans l’ordre suivant : CDC11-CDC12-CDC3-CDC10-CDC10-CDC3-CDC12-CDC11 (Bertin et al., 2008). (Figure 6). Cette étude représente une avancée majeure dans la compréhension du complexe des septines en démontrant pour la première fois que l'assemblage des septines était très ordonné (Fung et al., 2014).

27  Les complexes des septines chez les mammifères

Chaque type cellulaire dans un tissu pourrait avoir des complexes spécifiques des septines. En fait, les septines isolées à partir d’un tissu, contenant plusieurs types cellulaires, existent en quantité moyenne d’un mélange de complexes. Cependant, des complexes spécifiques présents dans un type cellulaire isolé entraînent une stœchiométrie entre les septines. Par exemple, plusieurs études ont révélé qu’au moins 10 septines différentes peuvent être détectées dans un tissu cérébral alors que des cultures pures de neurones hippocampiques primaires expriment seulement cinq septines qui coimmunoprécipitent (Tsang et al., 2011).

Il est tentant de spéculer que les complexes des septines sont constitués d'une combinaison des membres de chaque sous groupe. Cependant, on ne sait pas si un membre de chaque sous groupe est nécessaire pour la formation de ces complexes ou s’il existe toujours une stœchiométrie entre les septines qui composent le complexe (Fung et al., 2014).

 Les complexes hexamèriques des septines

L’étude structurale du complexe des septines réalisée par Sirajuddin et ces collègues en 2007 a profondément éclairci notre compréhension de l’interaction entre les différentes septines. Dans cette étude, la structure moléculaire du complexe des septines a été résolue grâce à la cristallographie X-ray d'un complexe des septines recombinantes humaines (septine 2, septine 6, septine 7) exprimées dans E. coli (Sirajuddin et al., 2007).

Figure 6 : complexe des septines de levure et formation des filaments A. Image du complexe des septines deS. cerevisiae par le ME.

B. Représentation schématique du complexe des septines et de l’assemblage des filaments des septines (Bertin et al., 2008)

A .

28 Comme pour les complexes de septines de levure, la structure des complexes des septines humaines a révélé également une structure en forme de tige apolaire d’ordre suivant : septine 7- septine 6- septine 2- septine 2- septine 6- septine 7 (7-6-2-2-6-7).

La structure cristalline a aussi identifié les points de contact entre les septines dans le complexe. Deux types d’interactions ont été identifiés entre les molécules des septines: soit les deux molécules interagissent entre elles en face-à-face par leur domaine de liaison au GTP (dénommé l'interface G), soit elles interagissent dos à dos par leur surface dans les N et C terminaux (appelée l’interface NC). Ainsi, les septines, septine 2/septine 6 et septine 7/ septine 7 interagissent par leur interface G et les septines, septine 2/septine 2 et septine 6/septine 7 sont associées par leur interface NC (Sirajuddin et al., 2007) pour composer finalement l’hexamère (7-6-2-2-6-7) comme illustré dans le figure 7.

Figure 7: Structure du complexe des septines.

(A) Structure de l'hexamèredes septines humaines résolu par cristallographie aux rayons X par (Sirajuddin et al., 2007). Le type d'interface entre chaque deux septines est indiqué ci-dessus.

(B) Représentation schématique de l'ordre du hétérooctamère des septines. (Fung et al., 2014)

29 De plus, les domaines super hélices (coiled coil) situées dans la partie C-terminale des septines 6 et 7 interagissent directement les uns avec les autres et sont donc impliqués dans les interactions septines-septines (Low and Macara, 2006).

Par ailleurs, les différentes interactions des septines humaines ont été caractérisées par l’approche de double et triple hybride (Sandrock et al., 2011). Cette étude a confirmé que les membres du sous groupe de septines 2 et du sous groupe de septine 7 interagissent avec les membres du sous groupe septine 6, sans interaction directe entre septine 2 et septine 7.

La septine 9 qui ne fait pas partie du trimère (2/6/7), est néanmoins capable de se substituer à la septine 2, mais pas à la septine 6. De plus, l’hypothèse selon laquelle la septine 7 serait unique et non substituable (Kinoshita, 2003) est contredite par les résultats de l’approche triple hybride, montrant que cette septine 7 est partiellement échangeable avec la septine 9, en particulier si la septine centrale du trimère est la septine 11 (Figure 8. C).

 Les complexes octamèriques des septines:

Deux études biochimiques des complexes des septines purifiées à partir des cellules HeLa ont montré que les septines existent en complexes hexamèriques et octamériques à

Figure 8 : Les interactions des septines.

La septine 9 peut remplacer la septine 2 (A) et la septine 7 (B) dans le complexe hexamèrique alors que la septine 9 ne peut pas remplacer la septine 6 (C)(Sandrock et al., 2011).

B

30 l’ordre suivent septin 9- septine 7- septine 6- septine 2- septine 2- septine 6- septine 7- septin 9 (9-7-6-2-2-6-7-9).

Dans la première étude Sellin et ces collegues ont suggéré que les septines humaines existent en tant que des hétéromères stables uniquement si ces complexes sont composés de six à huit molécules (Figure 9). En utilisant les méthodes de fractionnement ces auteurs ont montré que la masse moléculaire des complexes septines correspondait à celle d’un octamère. La déplétion en septine 9 aboutit à des oligomères de masse inférieure comparable à celle de l'hexamère 7-6-2-2-6-7, cela suggère que la septine 9 participe à la formation de l’octamère. Ainsi, tous les complexes contiennent la septine 2 , la septine 6 et la septine7, tandis que seul l’octamère contient la septine 9 (Sellin et al., 2011).

Dans la deuxième étude Kim et ses collègues ont utilisé la technique de pull down et la purification par affinité pour isoler des complexes des septines qui contiennent des septines normales et une septine mutée dans son interface G ou NC.

Figure 9 : Schéma illustrant l’assemblage des complexes des septines.

Les complexes ombrés représentent tous les membres soit du sous-groupe de septine 2 soit du sous-groupe de septine 6, tandis que les molécules en blanc représentent la septine 7 ou la septine 9. (1) Monomères instables nouvellement synthétisés. (2) Complexe intermédiaire tétramèrique partiellement stable. (3) Hexamère stable après l’interactionde laseptine 7 aux deux extrémités du complexe tetramèrique(4)

Octamère formé après l’interaction de la septine 9 avec la septine 7 aux deux extrémités de l’hexamère (Sellin et al., 2011).

31 En utilisant cette technique ils ont montré que la septine 9 occupe une position terminale dans le complexe octamérique des septines et que la septine 9 mutée dans son interface NC, qui ne peut pas s’auto-associer, perturbe la formation des filaments des septines. Par ailleurs, deux types d’assemblage sont proposés pour la formation d'octamère : La septine 9 peut soit s’intercaler entre deux septines 7 pour former un complexe linéaire, semblable à l’octamère chez la levure (Bertin et al., 2008), soit interagir à la fois avec septine 6 et septine 7 en s’associant latéralement à un trimère (Versele and Thorner, 2005), (Sandrock et al., 2011) (Figure 10).