LIMKs et le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire regroupe l’ensemble des étapes qui constituent et délimitent la vie de la cellule. On peut le diviser en deux grandes parties: l’interphase, au cours de laquelle la cellule duplique son matériel génétique, et la mitose au cours de laquelle la cellule se divise.

De par leur action sur la régulation de la dynamique de l’actine et des microtubules, les LIMKs jouent un rôle important durant le cycle cellulaire. Elles sont plus particulièrement impliquées dans la régulation de certaines étapes de la mitose telles que l’organisation des fuseaux mitotiques, la ségrégation des chromosomes et la cytocinèse¹²⁹.

Les LIMKs ont une localisation qui varie durant les différentes étapes du cycle. S’agissant de LIMK1, elle est exprimée de manière diffuse dans le cytoplasme en interphase, et est

relocalisée au niveau des pôles du fuseau mitotique en pro-métaphase et anaphase et au niveau de l’anneau contractile en télophase¹³⁰(Figure 24). Quant à LIMK2, on la retrouve au niveau des fuseaux mitotiques en métaphase et anaphase¹²⁹(Figure 25). Cette localisation est un premier élément en faveur d'un rôle joué par les LIMKs dans la régulation de la division cellulaire.

Figure 24: Localisation subcellulaire de LIMK1 durant les différentes étapes de la mitose

Figure 25: Localisation subcellulaire de LIMK2 durant les différentes étapes de la mitose

Barre d’échelle = 10µm. Tiré de Sumi T. et al., Exp. Cell. Res., 2005.

En ce qui concerne le degré d’activation des LIMKs, elles sont hyper-phosphorylées en pro-métaphase et pro-métaphase, suivie d’un retour à l’état basal en télophase et au moment de la cytocinèse¹²⁹ (Figure 26). Cette variation temporelle de l’activité des LIMKs est un élément supplémentaire en faveur d'un rôle des LIMKs dans la mitose. On remarque également que la cofiline suit le même schéma de phosphorylation¹²⁹ : elle est hyperphosphorylée en pro-métaphase et pro-métaphase, et déphosphorylée en télophase et au moment de la cytocinèse. D'autres acteurs de la voie cofiline, tels que SSH et LATS1, sont activés de manière plus tardive en télophase et cytocinèse^119,131. Ces différences d’activation entre les régulateurs de la voie cofiline soulignent l'importance du rôle de cette voie dans la mise en place et le déroulement de la mitose.

Figure 26: Régulation temporelle des différents acteurs de la voie cofiline durant la mitose

Modifié de http://publications.nigms.nih.gov/insidethecell/chapter4.html.

La différence de distribution entre LIMK1 et LIMK2 au moment de la mitose, semble plus prononcée au moment des étapes tardives, suggérant des fonctions différentes de ces enzymes au cours de ces étapes. Ainsi, il a été montré que LIMK1 colocalise avec l’actine et la cofiline au niveau de l’anneau de clivage¹²⁹. Par ailleurs, une étude montre que la surexpression de LIMK1, entraine la formation de cellules plurinucléées résultant probablement d’un excès de phosphorylation de la cofiline¹³². Ces résultats sont cohérents avec ceux d'une autre étude portant sur LATS1, montrant qu‘il diminue la phosphorylation de la cofiline via l’inhibition de LIMK1, mais aussi qu’il rétablit les défauts de cytocinèses induits par une surexpression de LIMK1¹¹⁹. Il semblerait donc que la voie de signalisation LIMK1/cofiline/actine soit importante pour l’assemblage et le désassemblage de l’anneau contractile et le bon déroulement de la cytocinèse. Quant à LIMK2, elle est localisée au niveau du fuseau mitotique en anaphase et télophase et colocalise avec les microtubules, mais pas avec la cofiline et l’actine¹²⁹. Ces résultats suggèrent que LIMK2 participe à la régulation de la cytocinèse via d’autres cibles moléculaires impliquées dans la régulation du fuseau mitotique, plutôt que via la phosphorylation de la cofiline.

L’interaction directe entre les LIMKs et la kinase Aurora-A^113,114, protéine qui régule l’initiation de la mitose via la séparation des centrosomes et l’assemblage du fuseau mitotique, a été observée récemment. Cette kinase est également connue pour être

niveau des pôles du fuseau mitotique et s’activent mutuellement. Aurora-A phosphoryle LIMK1 et LIMK2 (voir partie 4.4.1. « Régulateurs positifs ») qui l’activent en retour. A l’heure actuelle on ne sait pas si les LIMKs activent directement ou indirectement Aurora-A. En revanche, il a été démontré que les LIMKs ne phosphorylent pas Aurora-A¹¹³. L’activation d'Aurora-A par les LIMKs peut donc résulter soit de l’interaction de cette enzyme avec les domaines LIM et PDZ des LIMKs, soit se faire via d’autres protéines régulées par les LIMKs. Quoiqu’il en soit, Aurora-A permet le bon recrutement et l’activation des LIMKs au niveau du fuseau mitotique pendant la prophase. LIMK2 semble également impliquée dans la dérégulation d’Aurora-A observée dans les cancers. En effet l’inhibition par shRNA de LIMK2 supprime totalement la tumorigénicité d’Aurora-A sur des modèles in vivo de cancer du sein¹¹⁴. Enfin, la sur-activation de LIMK2 par Aurora-A semble être un mécanisme commun dans de nombreux cancers.

Enfin, comme il est mentionné dans la partie 4.3. « Substrats », les LIMKs sont des régulateurs de la dynamique des microtubules. Ainsi toute perturbation de leur activité peut affecter le cycle cellulaire et les étapes de la mitose pour lesquelles une dynamique importante des microtubules est requise. Notre équipe ainsi que d’autres, a montré que l’inhibition des LIMKs entraine la stabilisation du réseau microtubulaire, un arrêt du cycle cellulaire en G2/M, et l’apparition de fuseaux mitotiques anormaux ^102,133.