Constituants cellulaires
Cytosquelette : microtubules
Fission : vue d'ensemble

La fission constitue un mécanisme actif de remodelage, distinct de la dépolymérisation spontanée, et permet d’ajuster rapidement l’architecture microtubulaire selon les besoins structuraux ou mécaniques de la cellule.

Principes généraux de la fission microtubulaire

La fission correspond à la fragmentation locale d’un microtubule intact, un processus qui permet d’adapter rapidement la géométrie du réseau en réponse aux besoins structuraux ou aux signaux cellulaires.

1. La fission diffère de la catastrophe.

• La fission correspond à une coupure ATP-dépendante du polymère qui implique une extraction active dimère d'αβ-tubuline dans un microtubule encore intact.
• La catastrophe est une dépolymérisation spontanée liée à l’ouverture des protofilaments GDP.

2. Ce processus :

• génère des fragments courts servant de matrices pour réamorcer la croissance et renouveler localement le réseau,
• ajuste la densité microtubulaire dans les zones soumises à contrainte ou nécessitant un remodelage spatial.

Les principales enzymes de coupure AAA+ des MT

Les enzymes de coupure des MT (microtubule-severing enzyme) sont des AAA+, famille d’ATPases spécialisées dans le désassemblage mécanique de polymères protéiques (The fidgetin family: Shaking things up among the microtubule-severing enzymes 2023).

1. Elles interviennent dans de multiples processus cellulaires, allant de la fission microtubulaire au remodelage membranaire ou du système endo-lysosomal.

a. Elles participent au trafic endo-lysosomal, à la ségrégation chromosomique et à divers mécanismes de remodelage intracellulaire.

Les contacts entre les endosomes et le réticulum endoplasmique (RE), i.e MCS RE/endosomes, favorisent la fission des tubules endosomaux, mais les mécanismes impliqués et les conséquences de l'échec de la fission des tubules ne sont pas complètement compris (Microtubule-severing enzymes: From cellular functions to molecular mechanism 2018).

b. Elles comprennent également Vps4, indispensable au désassemblage des polymères ESCRT-III, au remodelage membranaire et à la scission des vésicules et tubules ( ESCRT-III et Vps4).

c. Leurs mutations sont impliquées dans plusieurs troubles neurodéveloppementaux et neurodégénératifs chez l’homme.

2. Les trois AAA+ orchestrent séquentiellement le cycle complet de fragmentation et de renouvellement du réseau microtubulaire :

• fidgetin prépare,
• la spastine ajuste,
• la katanine remodèle.

Protéine	Moment intervention	Microtubules ciblés	Fonction principale	Particularités
Fidgetin	Amont (précoce)	jeunes internes peu polyglutamylés	Tri initial Élimination des segments faibles Compaction et organisation des faisceaux	Assure la maintenance interne Pépare le réseau avant l'action des autres AAA+
Spastine	Intermédiaire (contextuel)	modérément modifiés souvent associés aux membranes	Fragmentation ciblée Remodelage (neurites, RE, endosomes)	Domaine MIT (ESCRT-III) Hairpin transmembranaire Rôle pont entre fidgetin et katanine
Katanine	Aval (tardif)	fortement polyglutamyléss stabilisés sous tension	Remodelage puissant Libération des microtubules Réorganisation du fuseau et des faisceaux	Action mécanique forte Contrôle des grandes architectures cytosquelettiques

Mécanisme général de la fission

1. Le principe général repose sur l’assemblage de ces enzymes en anneaux hexamériques AAA+ autour d’une région flexible des dimères α/β-tubuline exposée à la surface du microtubule.

• La surface du microtubule expose des queues C-terminales acides (CTT) d’α- et de β-tubuline, souvent polyglutamylées, i.e. branches Br1 et Br2 de la figure, qui servent de poignée (substrat polypeptidique flexible) pour l’anneau (Combinatorial and antagonistic effects of tubulin glutamylation and glycylation on katanin microtubule severing 2023).
• Les boucles de pore (pore loops), PL sur le figure, tapissent le canal central et forment un escalier hélicoïdal (staircase) qui saisissent successivement des résidus glutamate de la tubuline et transmet la force de traction issue de l’hydrolyse de l’ATP.

2. L’ATPase nconvertit l’énergie de l’ATP en force de translocation.

a. L’hydrolyse est séquentielle d’un protomère à l’autre, imposant un cycle hand-over-hand (type cliquet) qui tire la CTT vers le pore, puis transmet la contrainte au corps globulaire de la tubuline.

b. Cette traction induit :

• un décollement local des contacts latéraux entre protofilaments,
• une extraction partielle (voire complète) d’un dimère tubuline,
• l’apparition d’un défaut de maille qui se propage en cassure franche ou en site de fragilisation déclenchant une dépolymérisation secondaire.

2. L’efficacité dépend fortement

• de l’état du réseau, i.e. défauts pré-existants, courbure, coiffe GTP, densité de MAP…
• du code tubuline, polyglutamylation notamment, qui module l’affinité/activation de l’hexamère et la cinétique de traction.

Contextes cellulaires où la fission est essentielle

La fission intervient dans plusieurs contextes où le réseau microtubulaire doit être renouvelé ou redistribué rapidement.

Fission et cycle cellulaire

1. La fission s’intègre aux besoins dynamiques du cycle cellulaire en ajustant l’architecture microtubulaire selon les phases.

a. En interphase, elle module localement la densité du réseau radial pour maintenir un cytosquelette adaptable.

b. En entrée de mitose (transition G2/M), elle participe au renouvellement global du réseau, facilitant le passage vers un cytosquelette hautement dynamique.

c. Pendant la mitose, elle contribue à la formation et au remodelage du fuseau :

• adaptation de la longueur des fibres,
• ajustement de la tension,
• élimination de segments inappropriés.

d. En fin de mitose, elle aide à réorganiser les microtubules interphasiques à partir des fragments produits.

2. Ce contrôle coordonné garantit la transition efficace entre architectures radiales, fusoriales et postmitotiques.

Fission dans les cellules spécialisées

1. Dans les cellules différenciées, la fission soutient les exigences mécaniques et morphologiques propres à chaque type cellulaire.

a. Dans les neurones, elle :

• génère des segments courts servant de matrices pour l’allongement axonal,
• accompagne la plasticité du cône de croissance,
• s’appuie principalement sur l’activité de la katanine dans les zones de remodelage cytosquelettique.

b. Dans les cellules épithéliales, elle ajuste localement la densité des microtubules pour stabiliser la polarité apico-basale.

c. Dans les cellules migratrices, elle favorise le renouvellement rapide du réseau cortical, couplé aux forces de traction actomyosine.

d. dans les cellules immunitaires, elle contribue aux réarrangements rapides nécessaires à la polarisation et à la formation de la synapse immunologique.

2. La fission permet ainsi aux cellules spécialisées de maintenir un réseau plastique sans compromettre la stabilité fonctionnelle.

Retour aux microtubules