Coordination of mitotic spindle assembly by chromosome-generated molecular interaction gradients

Au cours du cycle cellulaire, les chromosomes sont distribues une seule fois et de facon identique entre les deux cellules filles.  Ceci est effectue par le fuseau mitotique, une machine complexe composee de nano tubes de proteines orientes, les microtubules. Ces tubes s'auto organisent en une structure bipolaire au sein de laquelle les chromosomes se positionnent sur l'equateur et interagissent avec les microtubules au niveau de structures specialisees, les kinetochores. Au debut de la division cellulaire, les microtubules qui etaient alors longs et stables deviennent brusquement plus courts et dynamiques. Cela est du a un changement general d'etat du cytoplasme. Il a ete observe qu'en l'absence de chromosomes, les microtubules ne pouvaient pas s'auto organiser en un fuseau mitotique bipolaire au sein du cytoplasme mitotique. Cette observation surprenante a souleve la question des mecanismes impliques dans le processus d'auto organisation du fuseau mitotique et en particulier du role possible des chromosomes.  Ceci etait interessant dans la mesure ou cela representerait un exemple de coordination de l'assemblage d'une machine par l'objet meme sur lequel elle agit. Il s'est avere que les chromosomes jouent effectivement un role central dans le processus de formation du fuseau mitotique, en modifiant localement l'etat du cytoplasme, ce qui induit la nucleation et la stabilisation de microtubules. Les resultats presentes ici montrent theoriquement et experimentalement que les chromosomes generent des gradients d'interactions moleculaires qui procurent une information spatiale necessaire a la coordination de la nucleation et de la stabilisation des microtubules, deux evenements essentiels dans le processus d'auto organisation du fuseau mitotique. Une petite molecule que l'on nomme Ran, existe sous deux formes. Un etat riche en energie qui contient du GTP et un etat pauvre en energie qui contient du GDP. Il y a un facteur sur les chromosomes qui echange le GDP de Ran pour du GTP et un autre facteur dans le cytoplasme qui active l'activite GTPasique de Ran. Ceci conduit en principe a une haute concentration locale en Ran GTP autour des chromosomes. Sous cette forme, Ran interagit avec des complexes moleculaires presents dans le cytoplasme. Ces complexes sont appeles importine-proteines nucleaires (proteines a NLS). Lors de la liaison du Ran GTP aux importunes, les proteines NLS sont relâchees autour des chromosomes.  Il se trouve que parmi ces proteines, il y a des molecules qui induisent la nucleation et la stabilisation des microtubules. Dans ma these, j'ai montre que de tels effets sont importants pour l'assemblage du fuseau mitotique. Ensuite, j'ai montre qu'il etait possible de calculer la forme des gradients de RanGTP libre, de complexes Ran GTP importines et de proteins-NLS libres en utilisant les equations de reaction-diffusion. Finalement, j'ai visualise le gradient forme par le complexe Ran GTP-importin en utilisant des methodes de FLIM et montre que ce gradient pouvait etre lu de facon specifique par le systeme microtubulaire de telle sorte qu'il induise la nucleation des microtubules pres des chromosomes et leur stabilisation a plus grande distance. En resume, j'ai montre que des phenomenes de reaction-diffusion autour des chromosomes sont a la base du controle de l'auto organisation des microtubules en un fuseau bipolaire.