Usp8 permet aux filles de garder le contact

Résultats scientifiques Biologie cellulaire

Certaines divisions cellulaires ne sont pas complètes et donnent naissance à des communautés de cellules partageant le même cytoplasme. Une étude, publiée dans la revue Science, montre que l’ajout ou l’absence de molécules d’ubiquitine sur les chaines de protéine ESCRT détermine si la division d’une cellule sera complète ou incomplète. Ces travaux permettront de mieux comprendre la formation des groupes de cellules sexuelles et des premières colonies multicellulaires.

Contrairement à l’algèbre mathématique, en biologie, les cellules se multiplient en se divisant. Cette arithmétique cellulaire devient encore plus étrange quand ces divisions ne donnent pas naissance à deux cellules indépendantes, mais à un groupe de cellules sœurs reliées entre elles par des ponts cytoplasmiques. Ces divisions sont dites incomplètes car la séparation physique des cellules filles n’a pas lieu et les cellules (filles ou sœurs) restent connectées, permettant l’échange et le partage de leur cytoplasme. Ce type de divisions est presque universel dans les cellules de la lignée germinale qui forment les gamètes mâles et femelles, appelés aussi spermatozoïdes et ovocytes. D’une part, les spermatozoïdes peuvent ainsi conserver les produits des gènes présents sur le chromosome X et sur le chromosome Y, alors même que chaque spermatozoïde n’hérite que d’un de ces deux chromosomes, X ou Y. D’autre part, les ovocytes peuvent hériter des ARNs, organelles et mitochondries du cytoplasme des cellules sœurs avant que ces dernières ne disparaissent, comme la majeure partie de cellules germinales femelles.

Les scientifiques ont identifié un gène dont la mutation chez la drosophile transforme des divisions incomplètes en divisions complètes. Ce gène codant pour la protéine USP8 est donc nécessaire à l’arrêt des divisions. Inversement, la surexpression de ce gène transforme des divisions complètes en incomplètes. La protéine USP8 est donc également suffisante pour inhiber la division cellulaire. USP8 est une enzyme qui retire des molécules d’ubiquitine sur des protéines cibles. Les chercheurs montrent que les protéines ESCRT-III sont des cibles in vivo de l’activité d’USP8. Or, les protéines ESCRT-III ont la capacité de se polymériser, formant de longues chaines hélicoïdales. Ces chaînes sont capables de se lier aux membranes et de les déformer jusqu’à la séparation physique des deux cellules filles. Ainsi, c’est en éliminant ces molécules d’ubiquitine sur les protéines ESCRT-III qu’USP8 inhibe la séparation physique des cellules filles.

Cette étude permet une meilleure compréhension de la formation des gamètes, qui est une étape clé de la reproduction sexuée. Au-delà des cellules germinales, on retrouve aussi des divisions incomplètes chez des organismes unicellulaires comme les choanoflagellés, qui par division incomplète peuvent former des colonies de plusieurs cellules. Il sera intéressant de tester si USP8 régule aussi ces divisions incomplètes, qui ont permis l’émergence de la multicellularité au cours de l’histoire du Vivant.

figure
© Juliette Mathieu & Jean-René Huynh
Figure : Gauche : Cellule souche sauvage (GSC) en cours de cytocinèse. La protéine ESCRT-III (Shrub, en vert) localise au niveau du midbody (MB) et permet une division complète de cette cellule pour donner une nouvelle GSC et une cellule fille indépendante (CB). Le pont cytoplasmique (en rouge) sera coupé. Milieu : Groupe de 4 cellules germinales sœurs reliées entre elles par des ponts cytoplasmiques (en rouge). Dans cette situation sauvage, malgré les constrictions des ponts cytoplasmiques, il n’y a pas de localisation des protéines ESCRT-III (en vert) au niveau de ces constrictions et les divisions resteront incomplètes. Droite : En situation mutante, c’est-à-dire en l’absence d’USP8, la protéine ESCRT-III (en vert) se localise au niveau des ponts cytoplasmiques (rouge) et sépare physiquement les 4 cellules germinales sœurs.
L’ADN est en bleu.

Pour en savoir plus :

The deubiquitinase USP8 targets ESCRT-III to promote incomplete cell division
Juliette Mathieu, Pascale Michel-Hissier, Virginie Boucherit and Jean-René Huynh
Science, 20 Mai 2022. doi/10.1126/science.abg2653

 

Contact

Jean-René Huynh
Chercheur CNRS au Centre interdisciplinaire de recherche en biologie (Collège de France/PSL University/CNRS/Inserm)
Juliette Mathieu
Chargé de recherche cNrs au Centre interdisciplinaire de recherche en Biologie (Collège de France/PSL Université/CNRS/Inserm)

laboratoire

Evolution et développement de la lignée germinale
CIRB (Collège de France/PSL University/CNRS/Inserm)
11 place Marcelin Berthelot
75005 Paris, France

www.germcells.fr