1.2 Le Cycle Cellulaire
1.2.7 La Cytocinèse
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Figure 13: Le centrosome fonctionne comme un centre organisateur des microtubules cellulaires.
Le centrosome est constitué de deux centrioles entourés du matériel péricentriolaire où sont nucléés les microtubules. Le dédoublement du centrosome se fait à l’interphase par duplication des centrioles: chaque nouveau centrosome est composé d’un centriole parent et d’un centriole néoformé (en rouge). D’après (145)
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Il s'agit de la phase finale du cycle cellulaire pendant laquelle les deux cellules filles se séparent physiquement l’une de l’autre; revue de (146, 147). La cytocinèse répartit le cytoplasme et son contenu entre les deux cellules filles. Un anneau contractile des filaments d'actine et de myosine, situé perpendiculairement au fuseau mitotique, se développe dans le cortex (juste adjacent à la membrane cellulaire). L’anneau contracte et forme le sillon de clivage, qui pénètre à l'intérieur jusqu'à un petit pont « le corps intermédiaire» et relie les deux cellules filles.La Figure 14 montre une cellule en cours de cytocinèse.
La cytocinèse commence par la formation du fuseau mitotique à l’anaphase. Le fuseau spécifie la localisation à l’équateur, où la F-actine et la myosine-II s’assemblent pour former l’anneau d’actomyosine contractile; revue dans (148-150). La dégradation brutale de cycline B à l’anaphase conduit à la déphosphorylation, la multimérisation et l'activation de la protéine associée au fuseau mitotique, PRC1 (Protein regulator of cytokinesis). Cette protéine interagit avec un moteur de type kinésine, KIF4, qui permet de transloquer PRC1 vers les terminaisons plus des microtubules antiparallèles inter-digitées du fuseau mitotique. À ces extrémités, PRC1 regroupe les microtubules pour former les faisceaux de la zone médiane qui agit comme une plate-forme pour localiser d'autres protéines. Les protéines du complexe passager du chromosome CPC (chromosome passenger-protein
complex) et les membres du centralspindlin (CS) sont deux groupes de protéines
importantes qui s'accumulent dans la zone médiane. Les deux complexes sur les
microtubules du fuseau central se chevauchent les uns avec les autres. Autre que PRC1, le complexe cycline B/CDK1 phosphoryle également la protéine mitotique (MKLP)-1 (mitotic kinesin-like protein) et empêche son attachement avec les microtubules du fuseau (151). ECT-2 (epithelial cell transforming gene 2) est une autre protéine, qui est phosphorylée et maintenue inactive. Le complexe CPC comprend la survivine, la borealin et INCENP (inner centromere protein). Ce complexe recrute et régule l’activité d’Aurora B, une sérine/thréonine kinase. Il se situe sur les kinétochores lors de la prométaphase, pour migrer vers les microtubules du fuseau de la zone médiane vers la position du sillon formant la membrane plasmique et ensuite le corps intermédiaire durant la transition métaphase/anaphase (152)
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L’activité kinase d’Aurora B est requise pour lier l'actine. Elle phosphoryle la protéine GAP (GTPase-activating) pour Rac, RacGAP, elle inactive Rac et les protéines liées à cdc42, toutefois, elle active RhoA. La déphosphorylation d’Aurora B est également nécessaire pour sa translocation vers les microtubules centraux du fuseau.
Figure 14 : Représentation d’une cellule en cytocinèse
Les microtubules sont schématisés par les structures en vert alors que l’ADN est en bleu. D’après (147).
Le Centralspindlin (CS) est un complexe hétérotétramérique formé par la protéine mitotique (MKLP)-1 et les protéines Rho activant la GTPase ainsi que le gène de Cytocinèse CYK-4 ou MgcRacGAP (153); revue dans (149). Le complexe régule le
groupement des microtubules et recrute également des protéines nécessaires à
l’abscission. Plusieurs autres protéines associées avec le fuseau central sont transloquées à la zone médiane. En plus de KIF4, MKLP-2 transloque également ces protéines du fuseau vers la zone intermédiaire. MKLP-2 (Rab-6 kinésine) est une composante du transport
vésiculaire. Rho activées recrutent l’assemblage d’actomyosine vers le sillon (PLK)-1
(Polo-like kinase), qui est une sérine/thréonine kinase qui phosphoryle MKPL-1 et 2 (149, 154). Aurora B aussi phosphoryle MKLP-1. Ces phosphorylations sont nécessaires pour leur translocation vers le fuseau central. Aurora B phosphoryle également MgcRacGAP et induit l’activité GAP in vitro. Elle phosphoryle également la GEF-H1 (MT-binding GEF) et active RhoA. (Voire la Figure 15 pour les interactions moléculaires lors de la cytocinèse). L'une des protéines qui se transloquent vers le sillon de la zone médiane lors de la cytocinèse est la protéine d’échafaudage, appelée protéine moyenne ou anilline (155). Elle est située à l'intérieur du noyau à l’interphase (figure 16). Elle répond à des signaux spatio- temporels. Lors de la dissolution de la membrane nucléaire, elle se relocalise vers le cortex en métaphase et dans le corps central en télophase (Voir Figure 16). L’anilline devient filamenteuse en anaphase, elle se lie et regroupe les F-actine. Elle interagit également avec les septines (protéines d'échafaudage qui se lient à Rho A) et avec la forme phosphorylée de MRLC (myosine II regulatory Light Chain). L’anilline se lie aux septines et les recrutes
dans le sillon de clivage. Elle possède un domaine PH (pleckstrin homology) à son
extrémité C-terminale par lequel elle s’ancre à la membrane. ECT-2 est une GEF (facteur d’échange du nucléotide guanine) qui active Rho A, en fonction de l'activation localisée de RhoA, elle entraine l’assemblage de l'anneau contractile d'actomyosine. ETC-2 contrôle également la localisation d’anilline dans le cortex en métaphase. L’anilline organise différentes composantes de la machinerie cytokinètique comme les septines, les filaments d’actomyosine, Rho A, etc. Elle permet leur ancrage dans la membrane plasmique d’une part et aux extrémités plus des microtubules du fuseau central d’autre part. Plusieurs protéines régulant la dynamique d'actine s'accumulent dans le sillon comme la cofiline, la profiline et les membres de la famille diaphanous.
La signalisation RhoA joue un rôle dans l'assemblage de l'anneau. En interagissant avec des protéines homologues à la formin et à la profiline, RhoA favorise la polymérisation de la G-
actine à la F-actine. RhoA active Rho kinase (ROK) et Citron kinase (CITK).Ces deux
dernières phosphorylent la chaine légère régulatrice de la myosine (MRLC), et régulent l’assemblage et la contractilité de l’anneau. Le rôle du CIT-K pourrait être spécifique au tissu. Il diphosphoryle MRLC et pourrait jouer un rôle important dans la réticulation des filaments d'actine. Au cours de l’ingression du sillon, l'activité Rac doit être réprimée. Rac est un membre des petites GTPases de la famille Rho. Ceci est réalisé par RacGAP. Rac est
l’antagoniste de Rho, et il inhibe la CIT-K. L’activité de Rac diminue tandis que celle de Rho augmente dans le sillon lors de la cytocinèse; revue dans (146).
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Figure 15. Les interactions moléculaires lors de la cytocinèse
La Figure montre les interactions moléculaires qui se manifestent lors de la cytocinèse et à la fin de la phase M. Les flèches rouges indiquent les phosphorylations et les vertes indiquent les protéines requises pour la localisation du fuseau central. D’après (152).
Figure 16: La localisation de la protéine Anilline au cours du cycle cellulaire lors de la cytocinèse
La répartition de l’Anilline est représentée en rouge, les noyaux sont en gris, les chromosomes en noir, et les microtubules, les centrosomes et les pôles du fuseau en bleu. D’après (156).
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RhoA, les septines et l’anilline forment des complexes dynamiques qui subissent des cycles d’assemblage et de démontage. La phosphorylation de la chaîne légère de myosine (MLC) sur Ser 19 de la myosine II est le moteur de l'anneau contractile. Le glissement progressif des mini-filaments de myosine le long des filaments d’actine fournit la force de contraction pour l’anneau; revue dans (149). La machinerie de fusion membranaire est requise pour fournir la membrane supplémentaire au sillon rentrant et compléter ainsi la membrane plasmique pour chacune des cellules filles. Les vésicules du trafic membranaire font ce travail. Ce processus nécessite des protéines associées; les syntaxines, les complexes coatomer et les Rab GTPases.
A la fermeture du sillon, F-actine disparaît et forme un anneau stable du corps intermédiaire. L'anneau contient l’anilline et les septines et il se clive par abscission. Lors de l’abscission, la protéine centrosomale CEP55, joue un rôle fondamental (146). Elle interagit avec MKPL1, TSG-101 (un composant de l’ESCRT-1 (endosomal sorting complex required for transport-1)), Alix (une protéine associée à ESCRT) et elle les recrute au corps intermédiaire. Ces protéines recrutent en outre l’ESCRT-III. Il a été montré qu’une spastine ATPase joue un rôle dans la rupture des microtubules lors de l’abscission (157). CHMP-1B (chromatin-modifying protein 1B), le composant d’ESCRT-III interagit avec la spastine qu’il recrute pour le corps intermédiaire. Les complexes ESCRT jouent un rôle dans la biogenèse des corps multivésiculaires et le tri de leur cargo; revue dans (158). TTC-19 (Tetratricopeptide repeat domain 19) est une protéine centrosomale qui se concentre dans le corps intermédiaire par le biais de son interaction avec CHMP-4B
(chromatin-modifying protein 4B), une composante d’ESCRT-III. Elle réglemente
l’oligomérisation du CHMP-4B. Dans le corps intermédiaire, les lipides membranaire de type phosphatidylinositol 3-phosphate sont générés par une PI-3K de classe III. Ces lipides recrutent la protéine d'échafaudage; une protéine centrosomale qui contient un domaine FYVE (Fab-1, YOTB, Vac-1 and EE-1-domaine; FYVE-CENT) pour le corps intermédiaire (159). La translocation de ces protéines d'échafaudage est médiée par KIF- 13A, l’un des moteurs kinésine-3. Elle recrute TTC-19 et ESCRT-III à l'intérieur du corps intermédiaire. Là où les protéines ESCRT causent l’abscission membrane entre deux cellules filles.
Les cellules prennent une heure environ pour terminer la cytocinèse depuis le début de l'anaphase. Une cytocinèse incomplète entraine la régression du sillon de clivage. Les cellules issues d’une cytocinèse ratée endurent l'un des quatre sorts suivants: soit elles restent polyploïdes et s’arrêtent à la prochaine phase G1, soit elles subissent l'apoptose, soit elles vont extruder un noyau, ou encore elles attendent la mitose suivante et aboutissent à 4 cellules filles (145). Il est à noter que la multi-nucléation en soi ne provoque pas d'arrêt. Si ces cellules binucléées continuent la division cellulaire sans compléter la cytocinèse (endoréplication), elles peuvent devenir octoploïdes. Le fait d’avoir plus de deux séries de chromosomes (polyploïdie) entraîne souvent la formation de cancers dus à l'instabilité chromosomique. Les cellules peuvent se séparer avec un fuseau mitotique unipolaire ou multipolaire, si elles en ont un ou plus de deux centrosomes, respectivement. Les cellules filles résultantes disposent d’un nombre anormal de chromosomes (aneuploïdie). La perte d'importants gènes suppresseurs de tumeurs chez les cellules aneuploïdes favorise la carcinogenèse; revue dans (160). En outre, les mutations de p53 peuvent aboutir à un nombre anormal de chromosomes.