Le fuseau mitotique est-il un organe sensoriel de la cellule ? Mitotic spindle dictates the symmetry of division

La génétique a établi un paradoxe que nous ne finissons pas de résoudre: alors que toutes les cellules de l’organisme sont génétiquement identiques, elles adoptent des fonctions et des morphologies distinctes. Les progrès de la biologie cellulaire et de la biologie du développement suggèrent qu’un même processus, la mitose, assure à la fois la prolifération et la diversification cellulaires. Au cours de la mitose, la cellule assemble un fuseau mitotique et un appareil de clivage pour ensuite se diviser. Le fuseau a deux fonctions essentielles: il sépare en deux lots identiques les chromatides, qui ont subi préalablement un processus de réplication, et il positionne l’appareil de clivage entre ces deux lots de chromosomes. Bien que les deux cellules filles soient génétiquement identiques, elles peuvent être structurellement différentes [1]. Cela est dû au fait que les cellules eucaryotes sont souvent polarisées, certains de leurs composants étant distribués préférentiellement à l’un ou l’autre pôle de la cellule ((→) m/s 2003, n°6-7, p.656). Lorsqu’une cellule ainsi polarisée se divise perpendiculairement à son axe de polarité (Figure 1A, A’’), les composants cellulaires ne se distribuent pas de manière équivalente dans les deux cellules filles, qui développent alors des propriétés différentes: on parle de division asymétrique. Si, en revanche, la cellule se divise parallèlement à son axe de polarité (Figure 1A, A’), les deux cellules filles qui en sont issues seront identiques. Puisque c’est le fuseau qui dirige le positionnement de l’appareil de clivage, c’est son orientation qui détermine si la division cellulaire est symétrique ou asymétrique. Cependant, nous savons encore très peu de choses sur le mécanisme d’orientation du fuseau mitotique dans la cellule. La mitose est l’un des processus les plus anciens dans l’histoire de la vie - sans mitose il n’y aurait aucune cellule - et n’est donc pas une propriété propre aux organismes multicellulaires. Et c’est effectivement l’étude d’un organisme unicellulaire, la levure de bière, qui nous apporte le plus d’informations sur les mécanismes d’orientation du fuseau. Cet organisme prolifère par bourgeonnement et les mitoses qu’il effectue sont systématiquement asymétriques. Pendant la formation du bourgeon, qui émerge de la surface de la cellule mère, le fuseau mitotique s’aligne le long de l’axe mère-bourgeon et répartit les chromosomes entre ces deux compartiments (Figure1B). Lorsqu’il a reçu son lot de chromosomes, le bourgeon se sépare de la mère, donnant naissance à deux cellules distinctes, une grosse mère et une fille, petite. De nombreux mutants affectant la capacité de la cellule à positionner correctement son fuseau mitotique ont été isolés et l’étude des gènes impliqués est très informative. Le fuseau est constitué à ses pôles de structures appelées spindle pole bodies (SPB, équivalents des centrosomes des cellules animales), et il est formé de différents types de microtubules. Les microtubules astraux, qui émergent des SPB en direction de la périphérie cellulaire, sont directement impliqués dans le positionnement du fuseau de la levure. La protéine Kar9, qui est fonctionnellement apparentée à la protéine APC (adenomatous polyposis coli) impliquée dans le cancer du côlon chez l’humain, est aussi un facteur clé pour l’orientation du fuseau [2]. Kar9 s’associe indirectement aux microtubules via la protéine EB1 [3]. Compte tenu de ces affinités moléculaires, nous avons montré que Kar9 s’accumulait de façon préférentielle à l’extrémité des microtubules [4, 5]. De façon remarquable, Kar9 ne s’accumulait pas à l’extrémité de tous les microtubules, mais seulement de ceux qui émanent du «vieux» SPB [4]. Ce SPB est celui qui s’oriente en direction du bourgeon pendant la métaphase et entre dans le bourgeon lors de l’anaphase. En l’absence de Kar9, aucun des deux pôles du …