Des chercheurs de l'Institut Francis Crick ont montré que la division des cellules de levure «Pacemaker» se trouve à l'intérieur du noyau plutôt qu'à l'extérieur, comme cela le pensait précédemment. Avoir le stimulateur cardiaque dans le même compartiment que l'ADN de la cellule aide à maintenir le génome stable.
La kinase cycline-dépendante (CDK) est le maître régulateur du cycle cellulaire – le processus par lequel une cellule copie son contenu, puis se divise pour former deux cellules filles. Le CDK n'est actif que lorsqu'il est lié à une deuxième protéine, à la cycline, et c'est ce duo Cyclin-CDK qui met en mouvement une cascade de signaux demandant à la cellule de se diviser.
Quand et où le CDK est actif est étroitement réglementé. Le complexe peut être considéré comme le stimulateur cardiaque de la division cellulaire, car s'il «bat» au mauvais moment, la division cellulaire se trompe catastrophiquement.
Les chercheurs ont généralement pensé que le CDK avait d'abord été activé dans la structure qui maîtrise les composants de la machinerie de division cellulaire. Cette structure, le centrosome, se trouve dans le cytoplasme, la partie de la cellule à l'extérieur du noyau. Cependant, dans la recherche publiée aujourd'hui dans Nature, Nitin Kapadia, un chercheur postdoctoral au Cell Cycle Laboratory du Crick, a renversé cette vue de longue date.
Fixer le rythme de la division cellulaire
Pour ce faire, Nitin a développé des capteurs qui lui ont permis de regarder à l'intérieur des cellules de levure live uniques et de surveiller l'activité CDK simultanément dans le noyau et le cytoplasme. Il a vu que le capteur dans le noyau avait signalé un pic d'activité avant le capteur du cytoplasme, ce qui signifie que le premier lieu CDK était activé était le noyau.
Ensuite, les molécules de cycline marquées par fluorescence pour cartographier leurs mouvements une fois liés à CDK. La quantité de cycline dans le noyau a chuté en même temps que la quantité dans le cytoplasme a augmenté, ce qui suggère que certains complexes cycline-CDK actifs étaient exportés du noyau pour conduire les étapes suivantes de la cascade de signalisation.
L'ajout des capteurs d'activité CDK à cette expérience a montré que l'activation nucléaire s'est produite avant l'envoi de la cycline-CDK au cytoplasme, où elle a immédiatement initié l'activité CDK. Une petite quantité de cycline était nécessaire pour activer le CDK dans le cytoplasme.
Maintenir la mitose et amplifier le signal
La mitose, le processus de duplication du génome pour en donner une copie à chaque cellule fille, est centrale à une division cellulaire précise. La question suivante de Nitin était de se demander comment le noyau est resté dans un état mitotique même si une partie de sa cycline-CDK avait été exportée.
Il a cartographié l'activité CDK en réponse à différentes quantités de cycline dans le noyau et le cytoplasme, et a constaté que beaucoup de cycline devait s'accumuler dans le noyau avant l'activation du CDK. Cependant, une fois le CDK activé, le noyau pourrait tolérer une diminution de la cycline sans glisser hors de la mitose. En revanche, une quantité beaucoup plus petite de cycline pourrait activer le CDK dans le cytoplasme.
Cela est probablement dû au fait que le seuil d'activation CDK supérieur dans le noyau couple le processus de division cellulaire au mécanisme de surveillance de la réplication et des dommages de l'ADN, empêchant ainsi la mitose de se produire lorsque l'ADN n'est pas « prêt ''.
Pour déterminer si l'activation nucléaire de CDK était suffisante pour conduire une cellule à diviser, la nitine a bloqué la cycline de quitter le noyau et d'aller au centrosome, et a constaté que cela empêchait le cytoplasme d'entrer dans la mitose même si le noyau était dans un état mitotique. Cela suggère que certaines cycline-CDK doivent atteindre le centrosome, qui relaie le signal au reste de la cellule.
Nitin a déclaré: « Nous avons montré, à l'intérieur des cellules vivantes, que le noyau est le stimulateur cardiaque de la division cellulaire, permettant à la réplication de l'ADN d'être coordonnée avec précision avec la division. Maintenant que nous savons où le processus commence, nous pouvons regarder de plus près ce qui se passe dans le noyau et, espérons que nous pourrions nous détendre, que ce processus se produise également dans les autres animaux.
Il existe des preuves contradictoires sur l'endroit où commence la mitose et la division cellulaire, et il est difficile d'observer ce processus dans les cellules humaines car il y a plus de complexité et de facteurs contradictoires à considérer. L'utilisation d'un système de modèle comme la levure nous a permis de décoller ce processus, d'observer les signaux et les changements en temps réel, et de comprendre comment la cellule coordonne la mitose à travers les différentes parties de la cellule. «
Paul infirmière, directeur du crick et chef du laboratoire de cycle cellulaire
