Acides nucléiques
Chromatine : chromosomes: centromère
Réseau CCAN et CENP-C

Structure générale du CCAN

Le CCAN (Constitutive Centromere-Associated Network) assure la liaison physique et fonctionnelle entre la chromatine centromérique et le kinétochore externe, garantissant ainsi l’attachement end-on stable des microtubules et la ségrégation fidèle des chromosomes.

Ce complexe multiprotéique, conservé chez la plupart des eucaryotes, est ancré au nucléosome contenant la variante d'histone CENP-A et s'organise en plusieurs sous-complexes protéiques étroitement interconnectés.

1. Ce CCAN humain comprend environ 16 sous-unités protéiques (CENP-16) réparties en 4 modules :

• CENP-C, protéine centrale du CCAN,
• le sous-complexe CENP-LN (CENP-N/CENP-L),
• le sous-complexe CENP-TWSX (CENP-T/CENP-W/CENP-S/CENP-X).
• le sous-complexe CENP-HIKM (CENP-H/CENP-I/CENP-K/CENP-M) associé à CENP-G,
• le sous-complexe CENP-OPQUR (CENP-O/CENP-P/CENP-Q/CENP-U/CENP-R).

2. Ces quatre sous-complexes sont organisés autour de CENP-C, une protéine largement désordonnée qui assure leur intégration fonctionnelle grâce à ses interactions avec :

• le nucléosome CENP-A,
• les complexes CENP-LN et CENP-HIKM.

2. Les analyses structurales actuelles ont permis de reconstituer un modèle tridimensionnel comprenant 14 des 16 protéines du CCAN humain.

a. Le CENP-14 peut être considéré comme étant constitué de :

• un premier " pilier " (Pillar 1), constitué principalement du complexe CENP-OPQUR, dont le sommet est formé par les domaines RWD de CENP-O et CENP-P, associés aux régions C-terminales de CENP-Q, CENP-U et CENP-R
• un second " pilier " (Pillar 2) formé par CENP-HIKM,
• une voûte (Vault), formée par le complexe CENP-LN, qui relie les deux piliers et délimite un profond canal destiné à accueillir l'ADN centromérique, voûte stabilisée par le motif FIIDE, du nom des acides aminés qui le composent, de CENP-C,
• une base (Base), constituée principalement du complexe CENP-TW, sur laquelle repose l'ensemble de la structure.

b. CENP-S et CENP-X (CENP-SX), qui nécessitent CENP-TW pour être incorporés dans CENP-16 n'ont pu être modélisés, car la densité de ces sous-unités n'a pu être identifiée, ce qui suggère qu’elles sont désordonnées ou absentes des particules.

Remarque : malgré leur organisation générale similaire, le complexe Ctf19 de la levure (The structure of the Ctf19c/CCAN from budding yeast 2019) diffère du CCAN humain par plusieurs réorientations importantes de domaines structuraux (" rigid-body rotations "), traduisant des différences d'organisation entre les deux complexes (Methodological improvements for the analysis of domain movements in large biomolecular complexes 2019).

CCAN (Protéines)	Localisation principale	Rôle/Fonction biologique
CENP-C	Noyau du CCAN Liaison au nucléosome CENP-A	Pont principal entre nucléosome CENP-A et kinétochore externe (réseau KMN).
CENP-L, CENP-N	Complexe LN	Liaison directe au nucléosome CENP-A (via CENP-N) Stabilisation du CCAN
CENP-T, CENP-W, CENP-S, CENP-X	Complexe TWSX	Interaction avec l'ADN centromérique Recrutement direct du complexe NDC80 (liaison microtubules)
CENP-H, CENP-I, CENP-K, CENP-M, CENP-G	Complexe HIKM + CENP-G	Stabilisation de la chromatine centromérique Organisation et stabilisation du réseau CCAN
CENP-O, CENP-P, CENP-Q, CENP-R, CENP-U (MLF1IP	Complexe OPQUR	Stabilisation du kinétochore interne Ancrage de la base du kinétochore interne

CENP-C : plateforme d'assemblage du kinétochore

1. CENP-C, protéine de 943 résidus intrinsèquement désordonnée, sert de protéine échafaudage (scaffold) pour l'assemblage de kinétochore, avec une succession N- à C-terminale de motifs de liaison alignés le long de l'axe extérieur à l'axe intérieur (Assembly principles and stoichiometry of a complete human kinetochore module 2021).

a. L'extrémité N-terminale entre en interaction avec le complexe MIS12 du réseau KMN du kinétochore externe (Direct binding of Cenp-C to the Mis12 complex joins the inner and outer kinetochore 2011),

b. La région riche en domaines PEST (résidus 259-326) contacte (CENP-C is a blueprint for constitutive centromere–associated network assembly within human kinetochores 2015) :

• CENP-LN, via le motif ³⁰¹DEFxIDE³⁰⁷,
• CENP-HIKM, via ²⁶²DEFxIDE²⁶⁷.

c. Deux motifs de liaison à CENP-A sont présents (Cryo‐EM structure of the CENP‐A nucleosome in complex with phosphorylated CENP‐C 2021) :

• un motif central (résidus 515–535), appelé souvent " central CENP-A binding motif " hautement conservé qui interagit directement avec :
  • la queue C-terminale de CENP-A,
  • le patch acide du dimère H2A/B, par un résidu arginine, i.e. Arg522 chez l’homme, s’insère dans une poche de cette tache,
• un motif CENP-C, i.e. 735–755, stabilisée par sa phosphorylation, qui joue un rôle complémentaire au premier motif en renforçant sa stabilité et sa liaison à CENP-A par une interaction enroulé autour du nucléosome,

Remarque : la destination précise de ces motifs de liaison au nucléosome, bien qu'effectifs, est encore discutée à l'heure actuelle.

Par exemple, CENP-C dans certaines études peut entrer en inrteraction avec la boucle L1 (RG) de CENP-A, ce qui parait stériquement incompatible avec une liaison au même endroit de CENP-N.

d. La région N-terminale comprend un domaine cupine qui est responsable de la dimérisation (Structures of CENP-C cupin domains at regional centromeres reveal unique patterns of dimerization and recruitment functions for the inner pocket 2019).

2. Un modèle de la fonction de CENP-C est résumé dans la figure suivante.

3. Des résidus du motif CENP-C peuvent être phosphorylés et modifient la conformation et/ou l’affinité de CENP-C pour le nucléosome, agissant comme un interrupteur moléculaire (CDK1-mediated CENP-C phosphorylation modulates CENP-A binding and mitotic kinetochore localization 2019).

a. Les kinases impliquées sont :

• le complexe cycline B/CDK1 (MPF), clé de la mitose, qui phosphoryle notamment S743 et T751, phosphorylation qui augmente l'affinité de CENP-C pour le nucléosome CENP-A en stabilisant sa liaison aux régions d'ADN et aux surfaces d'histones (CDK1-mediated CENP-C phosphorylation modulates CENP-A binding and mitotic kinetochore localization 2019),
• Plk1, qui phosphoryle la région N-terminale de CENP-C, favorisant ainsi le recrutement du complexe CENP-LN, renforçant l'assemblage du CCAN et assurant une congression correcte des chromosomes pendant la mitose (Phosphorylation of CENP-C by PLK1 ensures accurate chromosome congression during mitosis 2025).

Remarque : bien qu'Aurora B soit un régulateur majeur de la chromatine et du kinétochore pendant la mitose, son implication directe dans la phosphorylation de CENP-C chez les mammifères reste discutée.

b. Ces phosphorylations modulent de manière dynamique les interactions de CENP-C avec le nucléosome CENP-A et les autres composants du CCAN au cours du cycle cellulaire, assurant la stabilité du centromère et l'assemblage fonctionnel du kinétochore pendant la mitose.

4. Un modèle du changement dynamique des partenaires de liaison du nucléosome CENP-A au cours du cycle cellulaire a été proposé chez l'Homme (Cryo‐EM structure of the CENP‐A nucleosome in complex with phosphorylated CENP‐C 2021) :

• Au cours de l'interphase, le CENP-C non phosphorylé sur T734 serait faiblement associé au nucléosome CENP-A, permettant à CENP-N de se lier à la boucle L1 (RG) de CENP-A.
• En mitose, la phosphorylation de la région C-terminale de CENP-C par CDK1 favoriserait son interaction avec le nucléosome CENP-A, ce qui exclurait CENP-N de la boucle L1 (RG).

Le motif central de liaison à CENP-A pourrait, quant à lui, rester associé au nucléosome tout au long du cycle cellulaire.

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