Les microtubules dans les cellules épithéliales

Les microtubules ont pour unité fonctionnelle les dimères d’α-tubuline et de β-tubuline. Ces dimères vont s’assembler pour former des protofilaments dont l’enchainement formera des faisceaux creux plus ou moins longs. En effet, les microtubules sont des structures extrêmement dynamiques qui se polymérisent et dépolymérisent constamment en fonction des besoins de la cellule. Ils sont associés à de nombreuses fonctions telles que la division cellulaire, le maintien de la forme des cellules et le transport intracellulaire. Les microtubules sont des structures polarisées ayant une extrémité négative (-) et à l’opposé une extrémité positive (+). L’extrémité (-) des microtubules est relativement stable contrairement à l’extrémité (+). En effet, afin de réguler leur dynamique, les microtubules sont associés à de nombreuses protéines, les MAP (« Microtubules Associated Protein ») (Hohmann and Dehghani 2019) (Figure 4). Les MAP qui stabilisent les microtubules vont être essentiellement localisées le long des microtubules. En revanche, les protéines régulant la polymérisation et la dépolymérisation vont être concentrées à l’extrémité (+) (Muroyama and Lechler 2017). Par exemple, les « End-Binding » (EB), telle que EB1, sont des protéines qui assurent la polymérisation des microtubules à l’extrémité (+) (Mustyatsa et al. 2017, Nehlig et al. 2017, Maurer et al. 2014). Au contraire, la Spastine est une enzyme de cassure (« Microtubule- severing Enzyme ») permettant de tronquer les microtubules afin de les désassembler (Hohmann and Dehghani 2019). Ainsi, les microtubules grandissent puis se détruisent régulièrement.

Dans les épithéliums, il existe deux types de microtubules. Les microtubules associés à leur centre organisateur, les centrosomes, et les microtubules non-centrosomaux, mis en évidence plus récemment (Muroyama and Lechler 2017, Toya and Takeichi 2016). Les microtubules centrosomaux sont associés par leur extrémité (-) à leur centre organisateur. En revanche, les microtubules non-centrosomaux ont leur extrémité (-) localisée et, parfois, ancrée (du moins dans l’oocyte de la drosophile) au pôle apical de la cellule indépendamment des centrosomes

14

Figure 5. Polarité des microtubules centrosomaux et non-centrosomaux dans une cellule épithéliale.

15

(Nashchekin, Fernandes and St Johnston 2016), leur extrémité (+) se dirigeant vers le pôle basal. Ces derniers forment des faisceaux parallèles le long de l’axe apico-basal (Toya et al. 2016, Bacallao et al. 1989, Jankovics and Brunner 2006) (Figure 5).

Cette polarité est une caractéristique importante puisqu’elle va être utilisée pour le transport intracellulaire. En effet, les microtubules vont former comme des voies de circulation pour assurer le trafic de cargos à l’intérieur de la cellule. La cellule met en place cette stratégie pour déplacer des éléments cellulaires tels que des vésicules (d’endo- /exocytose) ou des organites (noyau, appareil de Golgi) afin qu’ils soient localisés au bon endroit, au bon moment. Des protéines spécialisées, appelées protéines motrices, vont donc utiliser les microtubules tels des rails pour le transport de leurs cargos. Il existe deux catégories de protéines motrices, celles allant de l’extrémité (-) vers l’extrémité (+) et inversement celles allant de l’extrémité (+) vers l’extrémité (-) (Vale et al. 1985b) (Figure 6).

Les Dynéines sont les protéines motrices qui se déplacent du (+) vers le (-) (Figure 6-7). Elles sont composées d’une chaine lourde comprenant un domaine moteur et le site de liaison des microtubules. Elles ont aussi une queue qui va permettre la dimérisation, le recrutement de régulateurs et de lier le cargo à transporter. Le domaine moteur va, lui, garantir le déplacement du complexe sur les microtubules grâce à sa fonction ATPase. En effet, c’est l’hydrolyse de l’ATP qui va fournir l’énergie au moteur afin de pouvoir se déplacer, comme s’il « marchait » le long du microtubule (Cianfrocco et al. 2015). Cependant, ce n’est pas suffisant pour que la Dynéine soit active, des activateurs additionnels sont essentiels à son fonctionnement. En effet, elle forme un complexe de six protéines différentes. La Dynactine, est un complexe régulateur indispensable à l’activité de la protéine motrice (Gill et al. 1991, Whited et al. 2004). La Dynactine est considérée comme un cofacteur de la Dynéine, lui permettant de se lier à son cargo (Waterman-Storer et al. 1997) et d’optimiser son déplacement (King and Schroer 2000). Glued, l’orthologue de la Dynactine chez la drosophile, est également important pour le fonctionnement de la Dynéine chez cet organisme (McGrail et al. 1995).

Les kinésines forment, au contraire, des dimères allant du (-) vers le (+) (Vale, Reese and Sheetz 1985a, Hirokawa et al. 1991) (Figure 6-7). Leur structure est proche de celle des Dynéines. En effet, elles possèdent aussi des moteurs catalytiques de l’ATP (Brady 1985) au niveau de leurs chaines lourdes (« Kinesin Heavy Chain », Khc) et une queue formée par les chaines légères (« Kinesin Light Chain », Klc) afin de lier les cargos et les régulateurs (Gauger

16

Figure 6. Le transport antérograde et rétrograde le long des microtubules.

La Kinésine transporte son cargo vers l’extrémité (+). Le complexe Dynéine/Dynactine se déplace avec son cargo vers l’extrémité (-) des microtubules. Les deux protéines motrices ont besoin d’ATP pour leur fournir l’énergie nécessaire à leur déplacement.

17

18

Figure 8. Le cycle de régulation de la formation des filaments d’actine.

L’actine monomérique est séquestrée notamment grâce à l’action de Profiline. La nucléation est initiée par le complexe ARP2/3. Une fois les filaments formés ils peuvent être désassemblés par des molécules telles que ADF/Cofiline, menant au recyclage des monomères. Tiré de (Plastino and Blanchoin 2018).

19

and Goldstein 1993). Les Klc diffèrent selon les nombreuses kinésines (environ quarante chez les mammifères) conférant la spécificité de liaison aux différents cargos (Hirokawa et al. 2009). Les cargos peuvent être de natures diverses, telles que des vésicules ou organites. Ainsi, chaque Kinésine reconnait spécifiquement son cargo.

Les protéines motrices ont pour rôle de transporter des vésicules ou des organites pour garantir divers processus tels que l’endocytose, l’exocytose et la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Par exemple, elles assurent le déplacement du noyau, important lors du développement. Le positionnement des noyaux dans les photorécepteurs composant l’œil du poisson zèbre ou de la drosophile est régulé notamment

via le complexe moteur formé par la Dynéine et la Dynactine. Une absence des Dynéines ou

du complexe Dynactine entraine un défaut de morphogenèse de l’œil chez ces espèces (Whited et al. 2004, Tsujikawa et al. 2007). Les microtubules et les molécules associées jouent donc un rôle important au cours du développement.