Actine et microtubules : régulations croisées

11 septembre 2018

Résultats scientifiques Vivant et santé

La coordination spatio-temporelle des réseaux d’actine et de microtubules est essentielle dans la cellule. Pourtant, la façon dont ces fibres du cytosquelette communiquent via des interactions purement mécaniques et physiques reste peu connue à ce jour. Un travail collaboratif a permis de démontrer comment la dynamique des microtubules dépendait de l’architecture du réseau d’actine. En effet, les filaments d’actine peuvent agir comme une barrière physique limitant la croissance des microtubules. Ces résultats ont été publiés dans la revue Current Biology.

Le cytosquelette joue un rôle primordial dans la cellule, grâce à l’action de ses composants principaux : l’actine et les microtubules. Les propriétés mécaniques singulières de ces polymères leur confèrent ce rôle si particulier dans la cellule notamment lors de la migration ou de la division cellulaire par exemple. Un nombre croissant d’études commence à démontrer l’existence d’une coordination biochimique entre ces deux réseaux. Pourtant, il est encore peu clair de savoir si les deux réseaux peuvent interagir directement via leurs propriétés mécaniques.

Dans ce travail, les chercheurs ont mis au point un système permettant de quantifier la dynamique des microtubules en présence d’un réseau de filaments d’actine. Cette approche basée sur l’utilisation de systèmes reconstitués in vitro permet de s’affranchir de la complexité du milieu intracellulaire, et de découpler ainsi les interactions biochimiques des interactions mécaniques. L’utilisation conjointe de systèmes reconstituées à partir de protéines purifiées et d’extraits cellulaires de Xénope a permis d’identifier la façon dont un réseau d’actine contraint physiquement la croissance des fibres de microtubules. En effet, le réseau d’actine bloque la croissance des microtubules et déclenche leur désassemblage ce qui réduit à la fois leur longueur et leur vitesse de croissance. Ce même réseau d’actine peut limiter dans un milieu confiné le mouvement d’un aster de microtubules en agissant comme une matrice élastique. Enfin, si le réseau d’actine est suffisamment dense, il peut bloquer l’assemblage d’un fuseau méiotique.

Le modèle retenu est que l’actine, et plus particulièrement un réseau d’actine réticulé, peut agir comme une barrière physique pouvant limiter la croissance des microtubules. La connectivité augmente la rigidité du réseau qui peut alors agir comme un obstacle à la croissance des microtubules. Ainsi c’est l’architecture de l’actine qui impose des contraintes mécaniques sur la croissance des microtubules. Les microtubules sont quant à eux capables de modifier localement la géométrie du réseau d’actine, en la réorganisant sous forme de structure astrale.

Ce travail, fruit d’une collaboration entre l'UMR CNRS 8640 Pasteur (Département de Chimie, ENS) et l’équipe CytoMorpho (Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Grenoble et Institut Universitaire d'Hematologie, Hopital Saint Louis, Paris), ouvre de nouvelles possibilités d’études afin de déterminer comment ces interactions physiques entre actine et microtubules pourront avoir un impact au niveau de la régulation de processus biologiques comme la migration ou la division cellulaire.

Exemple de reconstitution d’un aster de microtubules dans un réseau branché dense d’actine (extraits cellulaires de Xénope encapsulés, barre d’échelle : 10 µm)
© Alexandra Colin