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Parutions

 

Une kinase indispensable aux eucaryotes mais pas aux plantes

 

Alors que les embryons des autres organismes eucaryotes ne sont pas aptes à survivre sans la kinase Cdk1, les plantes parviennent à se développer lorsque la protéine homologue CDKA;1 est absente. C’est ce que viennent de prouver des chercheurs de l’Institut de biologie moléculaire des plantes (IBMP) du CNRS, de l’Université de Gand en Belgique et de l’Institut Max Planck en Allemagne. Ces travaux, publiés dans la revue Developmental Cell, mettent en exergue la grande diversification fonctionnelle des kinases cycline-dépendantes depuis leur apparition chez les premiers eucaryotes.

 

Tout comme les êtres humains, les plantes doivent augmenter leur nombre de cellules pour grandir et se développer. Les étapes complexes de la division cellulaire, leur déclenchement et leur succession harmonieuse, sont sous le contrôle d’une famille de protéines appelées « kinases cycline-dépendantes », ou CDKs. Comme leur nom l’indique, ces protéines ont besoin de l’activation d’une cycline pour être fonctionnelles.

La kinase Cdk1/Cdc2/CDC28 est particulièrement importante et même indispensable à la progression du cycle cellulaire des eucaryotes, comme la levure, le ver Caenorhabditis elegans, la drosophile ou les mammifères. La perte de cette protéine est fatale pour des organismes précoces au stade embryonnaire.

En analysant des mutants d’Arabidopsis thaliana, l’équipe d’Arp Schnittger à l’IBMP de Strasbourg et ses collaborateurs belges et allemands ont montré que les plantes, au contraire des autres eucaryotes, peuvent survivre sans la kinase CDKA;1, homologue de Cdk1. Les chercheurs ont néanmoins observé des anomalies spécifiques du cycle cellulaire et du développement, qui touchent principalement l’entrée en phase S, durant laquelle le matériel génétique est fidèlement répliqué, et les mécanismes à l’origine du maintien des cellules souches.

D’après les scientifiques, les plantes sont aptes à survivre sans cette protéine grâce à la présence d’une autre kinase, CDKB1, spécifique aux plantes et capable de relayer, partiellement seulement, le rôle de CDKA;1 au cours de la phase S. Bien que les kinases cycline-dépendantes aient été fortement conservées au cours de l’évolution des eucaryotes, leur fonction de régulation a connu une très grande diversification avec le temps. En effet, Cdk1 régule plutôt l’entrée en phase M chez les mammifères et à la fois l’entrée en phase S et en phase M chez la levure.

Cette découverte inattendue conforte des études récentes de phylogénie (*), suggérant une distance génétique importante entre les plantes et le groupe constitué des levures et des mammifères. Les études comparatives entre le fonctionnement du cycle cellulaire chez les différents organismes caractérisés par la présence d’un noyau dans leurs cellules permettent ainsi de mieux comprendre les mécanismes mis en œuvre par les protéines CDK depuis leur apparition chez les tous premiers eucaryotes, il y a environ 2 milliards d’années.

 


 

Figure : Alors que les embryons précoces de souris ne survivent pas à la perte de la kinase CDK1, les embryons d’Arabidopsis thaliana mutants pour la kinase CDKA;1 sont viables. Les embryons mutants (à droite) sont composés de beaucoup moins de cellules que les embryons sauvages (à gauche), mais parviennent néanmoins à atteindre le stade adulte, même si leur morphologie et leur stérilité témoignent de dysfonctionnements dans le processus de développement embryonnaire, tels que la perte de la matrice de cellules souches racinaires. © IBMP, Arp Schnittger

 

 

 

Note

  • (*)The tree of eukaryotes, Patrick Keeling, Gertraud Burger, Dion Durnford, Franz Lang, Robert Lee, Ronald Pearlman, Andrew Roger, Michael Gray, Trends in Ecology and Evolution (2005), 20(12):670-676, doi:10.1016/j.tree.2005.09.005.

En savoir plus

  • Genetic framework of cyclin-dependent kinase function in Arabidopsis, Moritz Nowack, Hirofumi Harashima, Nico Dissmeyer, Xin’Ai Zhao, Daniel Bouyer, Annika Weimer, Freya De Winter, Fang Yang, Arp Schnittger, Developmental Cell (2012), 22(5):1030-1040, doi:10.1016/j.devcel.2012.02.015.

 

Contact chercheur

  • Arp Schnittger
    Institut de biologie moléculaire des plantes (IBMP)
    UPR2357 CNRS
    12 rue du général Zimmer
    67084 Strasbourg Cedex

 

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