L'hétérogénéité structurale des microtubules révélée par la cryo-tomographie électronique

Les microtubules sont des polymères tubulaires de l'hétérodimère des tubulines α et β impliqués dans de nombreuses fonctions essentielles telles que la séparation du matériel génétique lors de la division des cellules, leur motilité, le mouvement intracellulaire d'organites, et plus généralement l'organisation du cytoplasme. En 1974, l'observation de microtubules par microscopie électronique a suggéré que les hétérodimères αβ s'organisaient de façon hélicoïdale dans la paroi des microtubules en engageant des interactions latérales hétérotypiques de type α-β et β-α. Cependant, en 1993 des travaux utilisant une protéine qui se lie uniquement à la sous-unité β de la tubuline, le domaine moteur de la kinésine, ont montré que les interactions latérales entre monomères étaient majoritairement homotypiques, de type α-α et β-β, excepté au niveau d'une ligne unique, nommée jointure. Peu après, en 1994 il a été montré que des microtubules assemblés à partir de tubuline purifiée pouvaient contenir plusieurs jointures.

Nos connaissances sur la structure des microtubules reposent essentiellement sur des expériences réalisées à partir de tubuline purifiée, et nous manquons crucialement de données concernant l'organisation de la tubuline au sein des microtubules présents dans les cellules. Ainsi, notre perception actuelle de l'organisation des hétérodimères αβ de tubuline dans la paroi des microtubules reste celle d'un réseau homogène interrompu par une jointure unique, tel que décrit en 1993. Afin de questionner ce paradigme solidement ancré dans la littérature, les scientifiques ont utilisé la cryo-tomographie électronique pour déterminer la structure tridimensionnelle de microtubules assemblés à partir de tubuline purifiée et au sein d'extraits cytoplasmiques d'ovocytes de xénope plus proches de l'état cellulaire. Dans cet objectif, ils ont développé une méthode permettant d'effectuer des reconstructions tridimensionnelles de segments de microtubules liés au domaine moteur de la protéine kinésine. Cette méthode de segmentation de sous-tomogrammes moyennés leur a permis de mettre en évidence des changements en nombre de jointures et/ou de leur localisation au sein de microtubules individuels, impliquant l’apparition de trous d'une à quelques sous-unités dans leur paroi, qu’ils soient assemblés à partir de tubuline purifiée ou au sein d'extraits cytoplasmiques.

En savoir plus : 
Changes in seam number and location induce holes within microtubules assembled from porcine brain tubulin and in Xenopus egg cytoplasmic extracts.
Guyomar C, Bousquet C, Ku S, Heumann JM, Guilloux G, Gaillard N, Heichette C, Duchesne L, Steinmetz MO, Gibeaux R, Chrétien D.
Elife. 2022 Dec 12;11:e83021. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.83021