Les cellules contiennent diverses structures spécialisées, telles que le noyau, les mitochondries ou les peroxysomes, appelées « organites ». Retracer leur genèse et déterminer leur structure est fondamental pour comprendre le fonctionnement des cellules et les pathologies liées à leur dysfonctionnement.
Des scientifiques de l’Université de Genève (UNIGE) ont combiné des techniques de microscopie haute résolution et de reconstruction cinématique pour visualiser, en mouvement, la genèse du centriole humain. Cet organite, essentiel à l’organisation du squelette cellulaire, est associé, en cas de dysfonctionnement, à certains cancers, troubles cérébraux ou maladies de la rétine.
Ce travail, publié dans la revue Cellule, élucide les complexités de l’assemblage des centrioles. Cela ouvre également de nombreuses nouvelles voies pour l’étude d’autres organites cellulaires.
La genèse des organelles se déroule selon une séquence précise d’événements successifs de recrutement de protéines. Visualiser cet assemblage en temps réel permet de mieux comprendre le rôle de ces protéines dans la structure ou la fonction des organites. Cependant, l’obtention d’une séquence vidéo avec une résolution suffisante pour distinguer des composants microscopiques aussi complexes se heurte à un certain nombre de limitations techniques.
Gonfler des cellules pour une meilleure observation
Cela est particulièrement vrai pour le centriole. Cet organite, mesurant moins de 500 nanomètres (un demi-millième de millimètre), est constitué d’une centaine de protéines différentes organisées en six domaines sous-structuraux. Il y a encore quelques années, il était impossible de visualiser en détail la structure du centriole.
Le laboratoire de Paul Guichard et Virginie Hamel, codirecteurs de recherche au Département de biologie moléculaire et cellulaire de la Faculté des sciences de l’UNIGE, a changé cette donne en utilisant la technique de la microscopie à expansion. Cette technique de pointe permet de gonfler progressivement les cellules et leurs constituants sans les déformer, afin de pouvoir ensuite les observer, à l’aide de microscopes classiques, avec une très haute résolution.
L’obtention d’images du centriole avec une résolution aussi élevée permet la localisation exacte des protéines à un instant donné mais ne donne aucune information sur l’ordre d’apparition des domaines sous-structuraux ou des protéines individuelles. Marine Laporte, ancienne chercheuse et enseignante du groupe UNIGE et première auteure de l’étude, a utilisé la microscopie à expansion pour analyser la localisation de 24 protéines dans les six domaines de plus d’un millier de centrioles à différents stades de croissance.
Réorganiser les images pour les mettre en mouvement
» Ce travail très fastidieux a été suivi d’une reconstruction cinématique pseudo-temporelle. Autrement dit, nous avons pu remettre dans l’ordre chronologique ces milliers d’images prises au hasard lors de la biogenèse centriole, pour reconstituer les différentes étapes de formation des sous-structures centrioles. , à l’aide d’une analyse informatique que nous avons développée », explique Hamel, co-responsable de l’étude.
Cette approche unique, combinant la très haute résolution de la microscopie à expansion et la reconstruction cinématique, nous a permis de modéliser le premier assemblage 4D du centriole humain.
« Nos travaux permettront non seulement d’approfondir notre compréhension de la formation des centrioles, mais aussi d’ouvrir des perspectives incroyables en biologie cellulaire et moléculaire, puisque cette méthode pourra être appliquée à d’autres macromolécules et structures cellulaires pour étudier leur assemblage dans l’espace et dans le temps », conclut Guichard.
Plus d’information:
Reconstruction en séries chronologiques de l’architecture moléculaire de l’assemblage des centrioles humains, Cellule (2024). DOI : 10.1016/j.cell.2024.03.025. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00316-7