Biologie du centrosome et cilium

Mots clés : centrosome, cilium, matériel péricentriolaire, cellules souches, microtubule

Notre laboratoire cherche à comprendre comment les centrosomes (organite fonctionnant comme le principal centre d'organisation des microtubules (MTOC)) et le cilium (organite essentiel à à la perception sensorielle ou la motilité) régulent les divers processus cellulaires et comment ces processus influencent le développement, la prolifération et l'apparition de pathologies.

Fig. 1 

Au niveau ultrastructural, le centrosome se compose d'une paire de centrioles (structures des microtubules (MT) en forme de tonneau) entourée d'une matrice de protéines, de matériel péricentriolaire ou MPC. Le MPC est le site de nucléation des MT au cours de la mitose et il est à présent bien établi que les centrosomes ne sont pas essentiels à la mitose chez les cellules somatiques, mais ils augmentent l'efficacité de l'assemblage du fuseau mitotique et de la cytocinèse. Cependant, les centrosomes jouent des rôles essentiels dans l'établissement de la polarité et de la division cellulaire asymétrique. Par exemple, au cours de la fécondation de l'embryon de C. elegans, le centrosome, apporté par le spermatozoïde, spécifie le postérieur de l'embryon. En outre, le positionnement du fuseau au cours de la division cellulaire asymétrique repose également sur la présence de centrosomes fonctionnels.

Fig. 2 

Dans des cellules différenciées, les centrioles peuvent se trouver près de la membrane plasmatique et agir comme des corps basaux. Les corps basaux nucléent deux types de structures de MT : le cilium mobile ou flagelle et le cilium primaire. Au cours des dernières années, nous nous sommes rendu compte de l'importance de ces structures. Par exemple, les cils primaires sont essentiels à la mécano-, chimio- ou photo-perception chez tous les animaux, tandis que le cilium mobile, ou flagelle, est essentiel au mouvement des liquides dans notre corps ou à la motilité des spermatozoïdes.

Les anomalies des centrosomes et du cilium sont associées à un grand nombre de pathologies humaines, telles que la microcéphalie, la lissencéphalie, le cancer ou la stérilité. Par conséquent, il est essentiel de caractériser les mécanismes de base qui régulent la réplication des centrioles et l'assemblage des cils dans le contexte d'un organisme en cours de développement afin de comprendre comment les mutations dans les composants des centrosomes, corps basaux et cilium peuvent conduire à l'apparition de la pathologie.

Afin de répondre à ces questions, nous utilisons plusieurs approches différentes, dont les méthodes de biologie moléculaire et cellulaire, la génétique et la culture cellulaire.

Fig. 3 

Notre travail sur la réplication des centrioles s'intéresse principalement à la caractérisation des mutants de réplication des centrioles chez la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster. Nous utilisons également d'autres organismes modèles, tels que le Paramecium à cils multiples afin d'étudier le rôle des composants de la réplication des centrioles dans la duplication des corps basaux et dans l'assemblage des cils.

Un autre domaine de recherche du laboratoire étudie la façon dont les centrosomes et les MT influencent le positionnement du fuseau au cours des divisions des cellules souches. Les cellules souches se divisent de façon asymétrique afin de générer une autre cellule souche (auto-renouvellement) et une cellule se différenciant. Les anomalies de division cellulaire asymétrique peuvent conduire à un déséquilibre entre l'auto-renouvellement et la différenciation, ce qui peut contribuer à une sur-prolifération et à la formation de tumeurs. Nous utilisons des cellules souches neurales (neuroblastes) de Drosophila afin d'étudier les mécanismes fondamentaux régulant ces divisions.

Film 1 : Neuroblaste de type sauvage co-exprimant RFP-tubuline afin de visualiser le fuseau mitotique et GFP-Pon, protéine adaptatrice qui se fixe à Numb, déterminant du destin cellulaire. Cette cellule se divise de façon asymétrique et produit un grand neuroblaste et une petite cellule, la cellule mère ganglionnaire (CMG). GFP-Pon est uniquement hérité par la CMG.

Film 2 : Neuroblaste mutant DSas-4. Cette cellule ne contient pas de centrosome et le faisceau ne peut s'aligner avec l'axe de polarité. La cellule se divise de façon symétrique et les deux cellules filles héritent de GFP-Pon.

Nous avons récemment caractérisé des lignées de mouches Drosophila contenant des centrosomes surnuméraires. Nous avons remarqué qu'au cours de la division cellulaire, les cellules ayant des centrosomes supplémentaires réussissent à assembler un fuseau bipolaire fonctionnel. En outre, nous avons montré que l'amplification des centrosomes peut également conduire à une sur-prolifération et à la formation de tumeurs. Nous cherchons actuellement à savoir quel mécanisme peut faciliter ou inhiber la formation tumorale lorsque des centrosomes supplémentaires sont présents.

Film 3 : Cellule de type sauvage co-exprimant RFP-tubuline afin de visualiser le fuseau mitotique et GFP-DSas-4 afin de visualiser les centrosomes. Les deux centrosomes assemblent un fuseau mitotique bipolaire et après la division, chaque cellule hérite d'un seul centrosome.

Film 4 : Cellule avec trois centrosomes. Lorsque la cellule entre en mitose, les centrosomes supplémentaires se regroupent et forment les pôles du fuseau bipolaire. Le regroupement des centrosomes « Extra » est un processus efficace car nous avons rarement observé d'anomalies de la division cellulaire.

Dernière mise à jour : octobre 2008

Publications clés

2008

• Basto R, Brunk K, Vinadogrova T, Peel N, Franz A, Khodjakov A, Raff JW
  Centrosome amplification can initiate tumorigenesis in flies
  Cell, Jun 13;133(6):1032-42
• Gergely, F. and Basto,R.
  Multiple centrosomes: together they stand, divided they fall
  Genes Dev., 22: 2291-2296

2007

• Basto, R., Gergely,F., Draviam,V.M., Ohkura, H., Liley, K. and Raff, J.W
  Hsp90 is required to localise Cyclin B and Msps/Ch-TOG to the mitotic spindle in Drosophila and Humans
  Journal of Cell Science, vol 120(7):1278-87
• Basto R and Pines J.
  The centrosome opens the way to mitosis
  Dev Cell, Apr;12(4):475-7

2006

• Basto, R., Lau, J., Vinogradova, T., Gardiol, A., Woods, C.G., Khodjakov, A. and Raff, J.W
  Flies without centrioles
  Cell, vol 125, 1375-1386