Cycle cellulaire
Reproduction cellulaire
Fuseau mitotique : microtubules kinétochoriens

L’architecture du fuseau repose sur la coexistence de trois grandes populations de microtubules, spatialement et fonctionnellement spécialisées :

• les microtubules kinétochoriens,
• les microtubules polaires (interpolaires),
• les microtubules astraux.

Microtubules kinétochoriens

Vue d'ensemble

1. Les microtubules kinétochoriens établissent la connexion directe entre les chromosomes et les pôles du fuseau.

a. Ils s’attachent aux kinétochores par l’extrémité (+) des microtubules via le complexe KMN (KNL1-Mis12-Ndc80), permettant une liaison dynamique capable de supporter la tension tout en restant compatible avec la polymérisation et la dépolymérisation.

Il fournit le cadre spatial et les forces physiques dans lequel les interfaces kinétochore-microtubule peuvent être testées, stabilisées ou éliminées ( kinétochore et capture des chromosomes par la corona fibreuse).

b. Cette population assure :

• la capture des chromosomes après la rupture de l’enveloppe nucléaire et leur conversion progressive vers des attachements end-on stables,
• la génération et le maintien d’une tension bipolaire, conditionnant l’alignement métaphasique et la permissivité à la levée du point de contrôle du fuseau (SAC),
• la migration des chromatides sœurs en anaphase par la dépolymérisation contrôlée des microtubules kinétochoriens.

2. Les microtubules kinétochoriens constituent ainsi les fibres spécialisées de l’interface fuseau-kinétochore, responsables de la transmission des forces et du couplage mécanique entre dynamique microtubulaire et mouvements chromosomiques au cours de la ségrégation chromosomique (The functions and consequences of force at kinetochores 2013).

Types d’attachements kinétochoriens

Attachements corrects

1. L’attachement monotélique, du grec monos, seul et telos, extrémité, se définit par le fait qu'un seul kinétochore est attaché à des microtubules issus d’un seul pôle, l’autre kinétochore de la paire sœur restant non attaché.

a. En prométaphase, cet état apparaît fréquemment et il reflète une étape intermédiaire avant l’établissement d’un attachement amphitélique correct.

Il est toléré temporairement, car l’absence de tension inter-kinétochorienne maintient le point de contrôle du fuseau (SAC) actif.

b. En métaphase, cet attachement devient un défaut qui peut conduire à un retard mitotique ou à une mauvaise ségrégation si le checkpoint est levé de façon inappropriée.

2. L’attachement amphitélique, du grec ampho, des deux côtés, correspond à la configuration correcte d’interaction entre les chromosomes et le fuseau mitotique, dans laquelle les deux kinétochores d’une paire de chromatides sœurs établissent des attachements end-on stables avec des microtubules provenant de pôles opposés du fuseau.

a. Cette biorientation, recherchée pendant la prométaphase, permet :

• l’établissement d’une tension bipolaire équilibrée,
• l’alignement stable des chromosomes sur la plaque équatoriale métaphasique,
• le pré-requis à la levée du point de contrôle du fuseau (SAC) et à l’entrée en anaphase.

b. Cet état constitue le référentiel mécanique par rapport auquel les configurations erronées sont définies et corrigées.

Attachements incorrects syntéliques et mérotéliques

Certaines interactions entre microtubules et kinétochores conduisent à des configurations mécaniquement incorrectes, incompatibles avec une ségrégation fidèle (Centrosome instability: when good centrosomes go bad 2021).

1. Un attachement est dit syntélique, du grec syn, ensemble, lorsque les deux kinétochores d’une paire de chromatides sœurs sont attachés à des microtubules issus du même pôle du fuseau.

a. Dans cette configuration :

• la tension bipolaire est absente ou très faible,
• les chromatides sœurs ne sont pas soumises à des forces opposées,
• le risque de non-disjonction est élevé lors de l’entrée en anaphase.

b. Les attachements syntéliques sont généralement instables à l’échelle du fuseau et nécessitent une correction avant la progression mitotique.

2. Un attachement est dit mérotélique, du grec méro, partiel, lorsqu’un même kinétochore est simultanément attaché à des microtubules provenant des deux pôles opposés du fuseau.

a. Cette configuration se distingue par :

• une tension partielle et asymétrique,
• une apparente stabilité mécanique trompeuse,
• un risque élevé d’erreurs de ségrégation chromosomique.

b. Les attachements mérotéliques :peuvent échapper à la surveillance du point de contrôle du fuseau (SAC), car ils génèrent une tension partielle compatible avec la satisfaction du complexe MCC (Mitotic Checkpoint Complex), et conduire ainsi à la formation de chromosomes en retard lors de l’anaphase.

Mécanismes de correction et rôle des kinésines-13

1. Les attachements syntéliques et mérotéliques imposent au système kinétochore-microtubule des contraintes mécaniques anormales, qui se traduisent par des états instables de l’interface d’attachement.

• Dans ces configurations, les forces exercées sur les microtubules ne sont pas alignées avec leur axe longitudinal.
• Cette mauvaise géométrie de traction induit des déformations locales des protofilaments, en particulier au niveau des extrémités (+), caractérisées par une tendance accrue à la géométrie courbée des dimères α/β-tubuline et à la désorganisation du lattice tubulinique.

2. Les kinésines de la famille kinésine-13, telles que KIF2C/MCAK jouent un rôle central dans ce processus en reconnaissant préférentiellement les extrémités microtubulaires présentant des protofilaments courbés ou désengagés, typiquement associés aux attachements incorrects.

• En se liant à ces extrémités, les kinésines-13 stabilisent des conformations incompatibles avec la repolymérisation du microtubule et abaissent la barrière énergétique de la dépolymérisation.
• Le microtubule bascule alors vers un état de catastrophe, entraînant une dépolymérisation rapide et localisée de l’extrémité engagée dans l’attachement défectueux.

3. Cette dépolymérisation sélective provoque la dissociation de l’interface kinétochore-microtubule incorrecte, sans compromettre les attachements corrects établis sous tension bipolaire et ouvre ainsi la voie à de nouveaux cycles de capture et d’attachement, compatibles avec l’établissement d’une biorientation amphitélique stable.

Remarque : cette dépolarisation des extrémités ne repose pas sur une coupure du lattice comme celle des enzymes AAA+ (katanine, spastine et spastine).

Microtubules polaires et astraux