L'équipe de Dimitris Liakopoulos au Centre de recherche en biologie cellulaire de Montpellier, démontre que la SUMOylation joue un rôle essentiel dans le contrôle de la fonction du fuseau mitotique en orientant la dégradation de certaines protéines au niveau des kinétochores qui sont les sites d'attachement des microtubules aux chromosomes. Cette étude est publiée dans la revue
Developmental Cell.
Les défauts de fonctionnement du fuseau mitotique représentent le mécanisme majeur conduisant à la création de génomes aneuploïdes, soit par défaut de ségrégation des chromosomes, soit en raison d'un défaillance lors de la cytokinèse. La fonction du fuseau mitotique dépend de multiples protéines associées aux microtubules (MAPs) qui régulent les interactions entre les microtubules, leur stabilité et leur organisation. Bien que l'équilibre entre l'activité des protéines MAPs soit extrêmement important, le mécanisme de cet équilibre est quasiment inconnu.
Figure 1: Le fuseau mitotique fonctionne comme un réseau de microtubules. Lorsqu'une cellule se divise en deux cellules filles, la fonction du fuseau est de "capter" les chromosomes et de les répartir de façon équitable entre les deux cellules filles. Le site d'accrochage des microtubules sur le chromosome est le kinétochore composé de nombreuses protéines, auxquelles la petite protéine SUMO est souvent attachée. Les protéines STUbLs reconnaissent SUMO et s'accrochent aux protéines kinétochoriennes. Lorsque les microtubules s'approchent des chromosomes, les STUbLs accrochent la petite protéine ubiquitine (Ub) sur les protéines liées aux microtubules (ici Kar9), les orientant vers la voie de dégradation. Ce processus est nécessaire pour éliminer des protéines dont la destruction permet de contrôler l'équilibre entre les facteurs associés aux microtubules, et en conséquence la répartition correcte des chromosomes. Les protéines "SUMO-Targeted Ubiquitin Ligases" (STUbLs) représentent une catégorie spéciale d'ubiquitine E3 ligases très conservées1. Dans les cellules, une petite protéine appelée SUMO est souvent attachée de manière covalente à d'autres protéines, un processus appelé SUMOylation. L'attachement de SUMO peut changer la localisation ou l'activité de ces protéines. STUbLs reconnaît les protéines SUMOylées et les modifie avec un autre peptide, l'ubiquitine. Cette 'ubiquitination' oriente le plus souvent les protéines SUMOylées vers la dégradation par un complexe enzymatique, le protéasome.
L'équipe de Dimitris Liakopoulos montre que les protéines STUbLs ubiquitinent Kar9, une protéine modèle "cytolinker" qui fut la première à être décrite comme impliquée dans la traction du fuseau mitotique vers le site de cytokinèse2. Elle lie les microtubules astraux aux filaments d'actine. Contrairement à ce qui était attendu pour une protéine localisée uniquement sur les microtubules astraux qui s'étendent dans le cytoplasme chez la levure, les chercheurs ont constaté que l'ubiquitination de Kar9 a lieu dans le noyau et que les protéines STUbLs sont recrutées par les kinétochores. Lorsque Kar9 est importée dans le noyau, elle se lie aux microtubules nucléaires. Quand ces microtubules atteignent les kinétochores afin de capturer les chromosomes, Kar9 liée aux microtubule est ubiquitinilée par les protéines STUbLs et orientée vers le protéasome pour dégradation.
Figure 2: La protéine Kar9 (vert) est importée dans le noyau et se lie aux microtubules nucléaires. Les protéines STUbLs se lient aux protéines SUMOylées au niveau des kinétochores, où elles ubiquitinent Kar9 associée aux microtubules dès qu'elle atteint les kinétochores. Les points rouges représentent les 2 pôles du fuseau mitotique chez la levure.
© Dimitris Liakopoulos Des défauts dans ce mécanisme provoquent la surexpression de Kar9 et un défaut du positionnement du fuseau mitotique dû à l'accumulation de Kar9 sur les microtubules. De plus, la surexpression de Kar9 au niveau des microtubules astraux entraine la séquestration de la protéine Bim1, elle-même associée aux microtubules (l'équivalent chez la levure de EB1 chez les mammifères), dans le cytoplasme au niveau des microtubules astraux et hors du noyau. Dans ces conditions, les microtubules nucléaires ne peuvent plus capturer correctement les chromosomes et les cellules montrent des défauts de ségrégation des chromosomes.
Ces résultats démontrent que l'équilibre entre les quantités des différentes microtubule-associated proteins (MAPs) est crucial pour le fonctionnement correct du fuseau mitotique. De plus, ils mettent en évidence, pour la première fois, un mécanisme qui régule la balance des MAPs. Il est à noter que ce mécanisme est basé sur la localisation des protéines STUbLs aux kinétochores, suggérant que celles-ci peuvent agir comme des pivots dans le contrôle de l'équilibre des MAPs.
Ce travail ouvre une nouvelle perspective pour la compréhension du fonctionnement du fuseau mitotique et la possibilité d'utiliser les STUbLs comme cibles dans le développement de nouvelles drogues anticancer.