Les rôles moléculaires des septines

 Septines comme des protéines d’échafaudage:

Les structures d’ordre supérieur des septines peuvent servir comme des échafaudages pour accumuler des protéines et favoriser leur interaction. L'exemple le mieux caractérisé est celui de la levure dans lequel, avant la cytokinèse, les septines se localisent autour d’un rétrécissement à la base du bourgeon et se divisent en deux anneaux. (Gladfelter et al., 2001)(DeMay et al., 2011) figure 12.

Il a été suggéré que les filaments des septines ne contribuent pas à la génération de forces contractiles (Kinoshita, 2006) mais participent à la cytokinèse en permettant à plusieurs protéines qui ont des rôles importants dans la cytokinèse de s'accumuler à l'emplacement de division (McMurray and Thorner, 2009). Les septines forment une structure au site de division des cellules de mammifères similaire de celle observée chez la levure et sont nécessaires pour la localisation de nombreuses protéines (Kinoshita and Noda, 2001).

Figure 12 : Les septines pendant le cycle cellulaire de S.cerevisiae

a. La localisation des septines pendant le cycle cellulaire de S.cerevisiae visualisée en microscopie à fluorescence.

b. La structure d’anneaux formés par des filaments des septines (septine 2, septine 6 et septine 7 in vitro.

c.Modèle de filaments de septines lors de la cytocinèse.

37 Dans des cellules de mammifères d’autres échafaudages de septines fonctionnent pour maintenir la localisation subcellulaire et promouvoir des interactions protéine-protéine fonctionnelles. En effet, les septines corticales peuvent agir comme des échafaudages pour retenir les protéines membranaires avec lesquelles elles interagissent comme les protéines GLSTs qui sont des protéines transmembranaires transporteurs de glutamate et aspartate. Une liaison directe entre les protéines GLSTs et les septines a été démontrée (Kinoshita et al., 2004). La déplétion de la septine 7 augmente l’activité des protéines GLST alors que l'administration d'un médicament stabilisateur des filaments des septines, le forchlorfenuron43, la diminue (Hu et al., 2008)(Hagiwara et al., 2011).

 Les barrières de diffusion des septines

La barrière de diffusion est une barrière composée de complexes multiprotéiques qui limitent un compartiment cellulaire pour contrôler le mouvement des protéines de ce compartiment. Cette compartimentation est cruciale lors du bourgeonnement chez la levure, où la croissance cellulaire doit être restreinte au bourgeon. Lorsque les cellules de levure commencent leur reproduction asexuée, la croissance est concentrée dans une zone sélectionnée, qui devient le site de bourgeonnement. Après l’établissement du bourgeon, la cellule entre dans la croissance isotrope, au cours de laquelle on observe une croissance sur l'ensemble de bourgeon. Cette croissance polarisée est rendue possible par un anneau de septines situé à la séparation du bourgeon et de la mère (Barral et al., 2000). Cet anneau de septines peut efficacement fonctionner comme une barrière de diffusion moléculaire (Rodal et al., 2005).

Chez les mammifères, des barrières de diffusion des septines ont été proposées dans plusieurs compartiments subcellulaires :

 Une barrière de diffusion constituée de septines existe au niveau du pont cytoplasmique (en anglais midbody) entre deux cellules divisées (Schmidt and Nichols, 2004).

 Les septines sont impliquées dans la formation d’une barrière de diffusion à la base du cil primaire des cellules de mammifères (Hu et al., 2010).

 Régulation de la dynamique des microtubules

Les septines s’associent avec les microtubules dans plusieurs lignées cellulaires comme les cellules HMEC (Human mammary epithelial cells), HeLa (Henrietta Lacks) ou MDCK (Madin-Darby Canine Kidney)(Nagata et al., 2003)(Hanai et al., 2004)(Spiliotis et al.,

38 2008). Il a été rapporté que la septine 9 s’associait directement avec les microtubules par son domaine central contenant le domaine de liaison au GTP (Nagata et al., 2003), et que sa co-localisation avec les microtubules était sensible à la dépolymérisation des microtubules induite par le nocodazole (Surka et al., 2002). De plus, il a été montré que la région N-terminale de la septine 9 contient des motifs répétés (K / RxxE / D et R / KRxE), qui assurent l’interaction directe entre la septine 9 avec les microtubules (Bai et al., 2013).

La déplétion ou la surexpression des septines affecte la dynamique de microtubules en altérant les modifications post-traductionnelles des microtubules. En effet, les modifications post-traductionnelles des microtubules sont étroitement associées à leur stabilité. Dans les cellules HeLa, la déplétion de la septine 7 provoque une augmentation de la résistance des microtubules à la dépolymérisation par le traitement au nocodazole, ainsi qu’une augmentation du niveau d’acétylation de la tubuline (Kremer et al., 2005). De plus, la déplétion de la septine 9 (variant 3) diminue le niveau de tubuline polymérisée sans altérer les niveaux d’expression des tubulines (Nagata et al., 2003). En revanche, la surexpression de la septine 9 (variant 4) confère la stabilisation des microtubules par le traitement avec le paclitaxel. De plus, les cellules surexprimant le variant 4 de la septine 9 repolymerisent les microtubules plus lentement après le traitement par le froid (Chacko et al., 2012). De même, les tumeurs exprimant des niveaux élevés de variant 1 de la septine 9 sont résistantes au paclitaxel (Amir and Mabjeesh, 2007)(Froidevaux-Klipfel et al., 2011). Par ailleurs, il a été montré que les filaments des septines fournissent un échafaudage pour les enzymes de la polyglutamylation des microtubules ce qui augmente cette modification et aboutit à la stabilisation des microtubules (Froidevaux-Klipfel et al., 2015). L'ensemble de ces études suggère que les septines affectent la dynamique des microtubules. Par ailleurs, la modulation de la dynamique des microtubules par les septines a été reliée à l’interaction des complexes septines (2, 6,7) avec la protéine stabilisatrice des microtubules MAP4

(microtubule-associated protein 4). En effet, MAP4 interagit avec l’hexamère des septines (2.7.6) par un

petit domaine riche en proline qui peut lier aussi les microtubules. En conséquence, l'association de MAP4 avec des filaments de septines séquestre MAP4 loin de microtubules, ce qui conduit à une dépolymérisation de microtubules (Kremer et al., 2005). Un modèle alternatif été aussi proposé dans lequel MAP4 entre en compétition avec la septine 2 pour la liaison avec les microtubules.Ceci impliquerait que les complexes des septines occupent les sites de liaison de MAP4 et interfèrent directement avec la liaison MAP4-tubuline (Spiliotis et

39 al., 2008). Donc, en se liant à MAP4, les complexes de septines pourraient réguler la dynamique des microtubules, en empêchant leur stabilisation.

 Organisation des membranes et la rigidité corticale

Plusieurs études suggèrent que les septines influencent la forme des cellules animales et la rigidité corticale pendant l’interphase et pendant la division cellulaire. Dans les deux cas, l'effet de septines sur les propriétés de la membrane plasmique pourrait intervenir dans l'organisation du cortex actomyosine, ou être due à un effet direct des filaments de septines sur la rigidité ou la composition de la membrane (Bridges and Gladfelter, 2015).

Dans une étude réalisée par Gilden et ses collègues (Gilden et al., 2012) les lymphocytes T ont été soumis à un milieu hypotonique, ce qui conduit à un gonflement rapide des cellules à cause de la pression hydrostatique interne élevée. Ensuite, la pression osmotique du milieu a été augmentée lentement par une diminution contrôlée de son volume. Dans ces conditions, les cellules sous-exprimant la septine 7 retrouvent leur volume normal plus lentement que les cellules contrôles ce qui suggère que les septines sont nécessaires pour la rétractation du cortex cellulaire. Une observation similaire a été obtenue lors de traitement avec le Latrunculin B qui cause la dépolymérisation d’actine mais il n’y avait pas d'effet additif lors de la déplétion de la septin 7 avec la dépolymérisation l'actine.Comme conclusion, les septines et le cytosquelette d'actomyosine peuvent coopérer pour assurer la rétraction corticale de la cellule (Gilden et al., 2012).