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Des nanomachines qui font bouger les cellules

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Les mouvements et les changements de forme des cellules sont dus à l'auto-assemblage de molécules d'actine en filaments microscopiques. Le groupe de Marie-France Carlier (CNRS, Gif-sur-Yvette) a montré comment la formine, une protéine associée à l'extrémité des filaments d'actine, catalyse leur croissance rapide. La croissance d'un filament unique à partir d'une molécule de formine fixée sur une microbille a été observée en vidéomicroscopie in vitro (films disponibles dans les liens "en savoir plus"), dans des conditions contrôlées qui miment le milieu cellulaire. Ces résultats, publiés dans la revue Cell du 29 octobre 2004, marquent une étape importante dans la compréhension et la reconstitution des mécanismes responsables de la mobilité cellulaire.

Cellules souches

Les cellules vivantes changent de forme et se déplacent en réponse aux signaux (hormones, facteurs de croissance, cytokines) qu'elles reçoivent de leur environnement. Ces mouvements résultent de la croissance orientée de microfilaments d'actine. Cette croissance produit une force qui déforme la membrane et provoque une poussée, un mouvement, dans la même direction. Deux machineries protéiques sont responsables de la croissance des filaments par des mécanismes moléculaires distincts : le système WASP/Arp2/3 engendre un réseau arborescent de filaments "branchés", tandis que les formines engendrent des faisceaux de filaments linéaires parallèles.

L'équipe de Marie-France Carlier, du CNRS à Gif-sur-Yvette, avait précédemment reconstitué le mouvement de propulsion d'une particule associée à la protéine WASP, donc dans le système de filaments "branchés", dans un milieu chimiquement contrôlé contenant les protéines pures nécessaires et suffisantes à ce mouvement.

Dans l'article publié dans la revue Cell du 29 octobre 2004, la même approche est utilisée par cette équipe pour reconstituer l'assemblage des filaments linéaires catalysé par la formine immobilisée sur des microbilles, et permet de disséquer le mécanisme moléculaire de ce mouvement. Les chercheurs montrent qu'un troisième partenaire protéique est indispensable à la génération d'un mouvement dans ce système, la profiline, toujours associée à l'actine. La formine se comporte comme un moteur moléculaire qui augmente d'environ 15 fois la vitesse d'association du complexe profiline-actine à l'extrémité du filament, ainsi que la vitesse d'hydrolyse de l'ATP 1, fournisseur d'énergie de la réaction, associée à la polymérisation de l'actine. Ainsi, le système formine-profiline-actine se comporte comme une nanomachine qui utilise l'énergie chimique fournie par la consommation d'ATP par l'actine pour produire le mouvement du moteur moléculaire qu'est la formine à l'extrémité des filaments en croissance. La croissance d'un filament unique à partir d'une molécule de formine immobilisée a pu être filmée pendant 20 minutes, ce qui représente la catalyse de 4000 réactions consécutives d'addition insertionnelle de profiline-actine au bout du filament attaché à la formine sans qu'il se détache.

Ce travail montre le potentiel de la combinaison des approches de biochimie et de nanobiologie pour comprendre les bases moléculaires du mouvement des cellules. Cette approche peut être envisagée pour comprendre de nombreux autres mouvements à l'intérieur de la cellule.

Note :

1 Adénosine triphosphate, molécule qui stocke l'énergie dans la cellule, et qui la libère lors de sa transformation (hydrolyse) en adénosine diphosphate (ADP)