Des chercheurs dirigés par l’Université d’Osaka ont utilisé la microscopie électronique cryogénique pour analyser la structure atomique de la région centromérique du chromosome, essentielle à la division cellulaire. Une protéine appelée CENP-A marque le centromère ; les chercheurs ont montré que pendant l’interphase, la CENP-A est liée par une protéine appelée KNL2 pour maintenir l’emplacement du centromère. Au cours de la mitose, KNL2 est remplacé par CENP-C, permettant la formation correcte du complexe kinétochore pour la division cellulaire.
Le matériel génétique à l’intérieur des cellules est organisé en structures appelées chromosomes. Le centromère est essentiel pour la division correcte des chromosomes via l’interaction avec les microtubules du fuseau lorsque les cellules se divisent et se développent. Maintenant, une étude menée par des chercheurs de l’Université d’Osaka a clarifié la structure de la région centromérique dans les cellules de poulet en utilisant une technique connue sous le nom de microscopie électronique cryogénique (cryo-EM).
Cryo-EM congèle rapidement les échantillons pour les préserver et les stabiliser, puis les image en utilisant des collisions avec des électrons pour révéler leur structure. Un complexe de protéines appelé « kinétochore » se forme au niveau de la région centromérique, ce qui est essentiel pour que les cellules se divisent correctement. Les chercheurs ont pu clarifier un changement structurel du kinétochore au niveau atomique en utilisant l’analyse cryo-EM.
Lorsque l’ADN est condensé en chromosomes, il est enroulé autour d’un noyau constitué de protéines appelées histones pour former une structure connue sous le nom de nucléosome. Les nucléosomes de la région centromérique contiennent une protéine histone variante appelée CENP-A, qui spécifie l’emplacement du centromère. Cependant, les mécanismes par lesquels CENP-A est déposé au niveau des centromères pour définir correctement leur emplacement étaient inconnus jusqu’à présent.
L’équipe de recherche a montré que pendant la mitose, une protéine appelée CENP-C se lie à CENP-A et agit comme un échafaudage pour d’autres protéines kinétochore. Cependant, pendant l’interphase (le moment où la cellule ne se divise pas), une protéine différente appelée KNL2 se lie à la place aux centromères. « KNL2 contient un motif de type CENP-C et est un composant du complexe Mis18, un facteur de licence pour le nouveau dépôt de CENP-A », expliquent les auteurs principaux de l’étude Honghui Jiang et Mariko Ariyoshi.
L’équipe a en outre révélé que cette interaction entre KNL2 et le centromère est nécessaire pour un nouveau dépôt de CENP-A pendant l’interphase, ce qui aide à son tour à maintenir l’emplacement correct du centromère.
« Nous avons également montré que la CENP-C est phosphorylée pendant la mitose, et que la CENP-C phosphorylée exclut KNL2 du complexe KNL2-CENP-A », explique l’auteur principal Tatsuo Fukagawa. Cela suggère que KNL2 se lie à CENP-A par interphase, maintenant l’emplacement du centromère jusqu’à ce qu’une molécule de phosphate se lie à CENP-C lorsque les cellules atteignent la mitose. Ensuite, CENP-C se lie préférentiellement à CENP-A, permettant la formation du kinétochore pour la division cellulaire.
Ces nouvelles connaissances sur la structure de la région centromérique s’avéreront inestimables pour faire progresser les connaissances sur la division et la croissance cellulaires. Les protéines impliquées dans la division cellulaire et le kinétochore sont des cibles pour les médicaments anticancéreux ; par conséquent, ce travail contribuera également à la conception de nouveaux médicaments pour des maladies telles que le cancer.
La recherche est publiée dans Le journal de l’EMBO.
Plus d’information:
Honghui Jiang et al, La structure cryo-EM du nucléosome CENP-A en complexe avec ggKNL2, Le journal de l’EMBO (2023). DOI : 10.15252/embj.2022111965