Régulation fine du pouvoir de coupure de la Katanine chez C. elegans

Résultats scientifiques Biologie cellulaire

La Katanine, qui vient du Japonais Katana (sabre), est une enzyme qui coupe les microtubules. L’activité de cette enzyme doit être finement régulée dans l’espace et dans le temps. Une combinaison d’approches a permis de mettre en évidence un double rôle de la phosphorylation de cette enzyme sur la régulation de sa stabilité ainsi que sur le contrôle de son activité, au cours du développement du nématode C. elegans. Ces travaux sont publiés dans la revue « The Journal of Cell Biology ».

Le nématode Caenorhabditis elegans est un petit ver hermaphrodite de 1 mm de long qui offre de multiples avantages, comme par exemple sa transparence, pour étudier la division cellulaire et le développement. Dans cet organisme, la première division somatique (mitotique) intervient dans le même cytoplasme 20 min seulement après la division gamétique (méiotique) femelle. Les acteurs nécessaires à ses deux événements étant différents, leur régulation précise est essentielle. Un de ces acteurs est la Katanine qui est strictement requise pour la méiose mais toxique pour la mitose.

La Katanine est une enzyme qui coupe les microtubules en hydrolysant l’ATP, engendrant la production de nouvelles extrémités de microtubules. Le modèle actuel propose que ces nouvelles extrémités sont les matrices à partir desquelles de nouveaux microtubules sont nucléés, participant à l’assemblage d’un fuseau bipolaire pendant la méiose.  Cependant, cette activité de coupure des microtubules est toxique en mitose. En effet, lorsque la Katanine coupe les microtubules en mitose, cela entraine des défauts dans l’assemblage et le positionnement du fuseau mitotique, conduisant à de sévères défauts de ségrégation des chromosomes.

En utilisant une approche originale combinant biochimie et microcopie à fluorescence sur organisme entier, les scientifiques ont pu mettre en évidence le rôle clé joué par la phosphorylation de la Katanine. Ils montrent que sa phosphorylation est nécessaire et suffisante pour déclencher la dégradation de l’enzyme après la méiose mais aussi que cette phosphorylation inhibe directement l’activité de coupure de l’enzyme.

Ce dernier résultat a permis de comprendre une observation surprenante. En effet, en suivant la localisation dynamique de la Katanine au cours de l’embryogénèse, les chercheurs ont noté qu’une fraction persiste après la méiose et se localise sur les centrosomes, les chromosomes et le fuseau mitotique. Cette persistance « non toxique » suggére la nécessité de réguler directement l’activité de coupure de l’enzyme et pas seulement sa présence au cours de l’embryogénèse, ce qui est le cas suite à sa phosphorylation.

Ces résultats permettent donc de mettre en évidence l’existence d’une régulation très fine de l’enzyme par cycles de phosphorylation et de déphosphorylation pour délivrer l’activité de coupure des microtubules nécessaire au bon endroit au bon moment au cours du développement.

La Katanine étant extrêmement conservée au cours de l’évolution, il ne fait aucun doute que des mécanismes similaires sont vraisemblablement impliqués dans sa régulation chez l’humain où des mutations sont associés à diverses pathologies comme la stérilité masculine ou des cancers.

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© Nicolas Joly

Figure : Images d’un nématode C. elegans adulte observé au microscope sous lumière visible ou fluorescente. La couleur verte représente la Katanine et la couleur rouge l’histone (chromosomes).

 

Pour en savoir plus :

Phosphorylation of the microtubule-severing AAA+ enzyme Katanin regulates C. elegans embryo development.
Joly N, Beaumale E, Van Hove L, Martino L, Pintard L.

J Cell Biol. 2020 may 15;219(6). pii: e201912037. doi: 10.1083/jcb.201912037.

Contact

Nicolas Joly
CRCN, Chercheur CNRS à l'Institut Jacques Monod (IJM)
Lionel Pintard
DR1, Chercheur CNRS à l'Institut Jacques Monod (IJM)

Laboratoire

Institut Jacques Monod (IJM) - (Université de Paris /CNRS)
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