Un point de contrôle indispensable au fonctionnement de la cellule

Résultats scientifiques
Génétique, génomique
Microbiologie

La coordination de la croissance et de la division des cellules est essentielle à leur bon fonctionnement. Chez la levure de boulangerie, le mécanisme par lequel l’homogénéité de la taille des cellules est établie et maintenue tout au long du cycle cellulaire est encore mal compris. Par ce travail, publié dans la revue eLife, les chercheurs ont identifié un nouveau point de contrôle de la taille des cellules au cours du cycle cellulaire.

La vie d’une cellule se déroule selon un ensemble d’étapes constituant le cycle cellulaire : les cellules grandissent, en dupliquant notamment leur matériel génétique et leurs organites cellulaires, puis se divisent. Leur bon fonctionnement exige donc une coordination appropriée entre leur croissance et leur division. Si un point de contrôle de la taille des cellules au cours de la phase G1 du cycle cellulaire (avant la duplication du matériel génétique) a déjà été identifié dans de précédents travaux, le mécanisme qui permet d’assurer l’homogénéité de taille dans une population est encore mal caractérisé. Jusqu’à présent, les recherches ont montré que lorsque la cellule est trop petite, ce point de contrôle en phase G1 bloque son entrée en phase de division cellulaire jusqu’à ce qu’elle ait atteint la taille requise. La durée de la phase G1 est donc d’autant plus longue que la taille de la cellule est petite à la naissance. Plusieurs modèles ont été proposés pour expliquer le fonctionnement de la détection de la taille, mais le mécanisme détaillé reste encore débattu.

Dans cette étude sur Saccharomyces cerevisiae, les chercheurs se sont demandés si un tel point de contrôle pouvait exister à d’autres moments du cycle cellulaire, divisé en 4 phases : G1, S (= synthèse d’ADN), G2, M (= division cellulaire). Pour le déterminer, ils ont utilisé un marqueur fluorescent permettant de décomposer le cycle dans ses quatre phases et de corréler la taille des cellules avec la durée de chaque phase. Ce marqueur leur permettait plus précisément d’observer la synthèse des histones, protéines associées à l’ADN dont la quantité fluctue durant le cycle. A l’aide d’un dispositif microfluidique fabriqué pour les besoins de l’étude, ils ont observé la croissance et la division de plusieurs milliers de cellules individuelles possédant ce marqueur fluorescent.

Dans un premier temps, les chercheurs ont validé leur technique en observant le contrôle de la taille des cellules qui s’opère en phase G1 du cycle cellulaire. Ils ont ensuite non seulement identifié un autre point de contrôle en phase G2 mais aussi démontré que ce second point de contrôle était plus important, c’est-à-dire qu’il contribue davantage que son équivalent en G1 à limiter la variabilité de taille au cours du cycle cellulaire.

Pour confirmer leurs observations, les chercheurs ont observé l’impact de mutations de gènes liés à la progression du cycle cellulaire sur ce mécanisme. Ils ont ainsi montré que les mutants de gènes impliqués dans la progression de la phase G1 ont peu d’effet sur l’homogénéité de la taille des cellules. De façon inattendue, parmi les gènes du cycle cellulaire testés qui affectent la compensation de la taille dans G1 ou G2, les chercheurs ont constaté que les gènes liés à la régulation de l'activité de la cycline B-Cdk avaient l'impact le plus fort sur l'homogénéité de la taille des cellules.

Cette étude, dans laquelle la progression du cycle cellulaire a été suivie avec une précision sans précédent chez la levure, démontre que l'homogénéité de taille des cellules ne provient pas d'un mécanisme spécifique, mais est la résultante de plusieurs mécanismes qui coordonnent la croissance cellulaire avec la division.

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Figure : schéma montrant la dynamique de la synthèse des histones au cours d’un cycle de division mitotique chez S. cerevisiae. Ce marqueur a été utilisé pour déterminer précisément l’enchainement des phases du cycle cellulaire.
© Gilles Charvin

 

Pour en savoir plus :

Multiple inputs ensure yeast cell size homeostasis during cell cycle progression.
Garmendia-Torres C, Tassy O, Matifas A, Molina N, Charvin G.
eLife. 2018 Jul 4;7. pii: e34025. doi: 10.7554/eLife.34025.

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