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L'extrémité des filaments d'actine sous haute tension

 

Les formines sont sensibles à la tension appliquée aux filaments d'actine et sont elles-mêmes capables de générer une force mécanique à l'extrémité des filaments. Les myosines ne sont donc pas les seules protéines pouvant exercer une tension sur les filaments d'actine. Ce résultat obtenu par des chercheurs du Laboratoire d'enzymologie et biochimie structurales (LEBS) du CNRS a récemment été publié dans la revue Nature Communications.

 

Les filaments d'actine, formés par l'assemblage de monomères d'actine, sont présents en grande quantité dans quasiment toutes les cellules vivantes. Ils sont essentiels à de nombreux processus biologiques tels que la division et la motilité cellulaires, aux cours desquels ils génèrent et supportent diverses contraintes mécaniques. Il est aujourd'hui établi que les cellules vivantes s'adaptent à leur environnement physique en transformant des informations mécaniques en signaux chimiques. Cependant, les détails moléculaires de cette conversion mécano-chimique restent mystérieux, en particulier pour la régulation de l'assemblage des filaments d'actine. L'hypothèse d'une modification de la dynamique de l'assemblage des filaments par une force est souvent suggérée, mais n'a encore jamais été vérifiée expérimentalement à l'échelle moléculaire.

Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont mis au point un montage de microfluidique (*) permettant d'appliquer une tension contrôlée à des filaments d'actine en cours d'élongation par une formine. Cette protéine complexe est normalement recrutée lorsqu'une protrusion cellulaire, appelée filopode, se développe à l'avant d'une cellule en mouvement, ou lorsque l'anneau de cytocinèse se forme en vue d'une division cellulaire. Elle est capable de stimuler l'allongement d'un filament d'actine, tout en restant simultanément accrochée à une membrane de la cellule et à l'extrémité du filament qui s'allonge. Lorsque le filament d'actine est mis sous tension, la formine subit donc une force. Grâce à leur montage, les chercheurs ont montré que cette force affecte l'activité de la formine, lui permettant d'assembler le filament jusqu'à deux fois plus rapidement qu'en l'absence de force. L'assemblage d'un filament d'actine peut donc être régulé par les contraintes mécaniques qui lui sont appliquées.

Ce résultat obtenu in vitro ouvre la voie à une meilleure compréhension de l'activité des formines in vivo, par exemple lorsqu'un macrophage rétracte l'un de ses filopodes pour attraper sa proie, ou lorsque l'anneau de cytocinèse se contracte pour terminer la division cellulaire. Confrontées à un modèle théorique qui suppose que la force appliquée à la formine affecte l'équilibre entre les différentes conformations qu'elle adopte à l'extrémité du filament, les observations des chercheurs fournissent des informations inédites sur les détails moléculaires du cycle qui permet à la formine d'allonger rapidement les filaments d'actine. La réponse de la formine à une sollicitation mécanique permet donc de mieux comprendre les détails moléculaires de son fonctionnement intrinsèque.

De façon tout à fait inattendue, l'expérience des scientifiques a également mis en évidence que la formine est capable de suivre l'extrémité du filament d'actine lorsqu'il se désassemble, aussi bien en absence qu'en présence d'une tension appliquée au filament. La formine est donc capable de mettre sous tension le filament dont elle suit l'extrémité lors de sa dépolymérisation. Des mécanismes similaires de génération de force étaient déjà connus pour les microtubules, mais c'est la première fois qu'une telle activité moléculaire est observée sur un filament d'actine. Ce résultat change notre vision de la régulation des contraintes mécaniques soutenues par les réseaux de filaments d'actine des cellules : jusqu'à maintenant, les myosines étaient les seules protéines connues pouvant mettre des filaments d'actine sous tension, en les faisant glisser les uns par rapport aux autres. Les chercheurs ont montré que les formines sont elles aussi capables de générer de la tension, par un autre mécanisme moléculaire, en agissant à l'extrémité du filament. Les chercheurs tentent à présent de découvrir comment ce phénomène est exploité par les cellules.

 

Figure : Couplage mécano-chimique des formines dans une situation cellulaire. A) Le filament est assemblé plus rapidement par la formine lorsqu'une force est appliquée. B) La formine reste liée au filament qui dépolymérise et peut ainsi le mettre sous tension s'il est ancré à un point fixe à son autre extrémité. © LEBS, Guillaume Romet-Lemonne

 

 

Note

• (*) Individual actin filaments in a microfluidic flow reveal the mechanism of ATP hydrolysis and give insight into the properties of profilin, Antoine Jégou, Thomas Niedermayer, József Orbán, Dominique Didry, Reinhard Lipowsky, Marie-France Carlier, Guillaume Romet-Lemonne, PLoS Biology (2011), doi:10.1371/journal.pbio.1001161.

 

En savoir plus

• Formin mDia1 senses and generates mechanical forces on actin filaments, Antoine Jégou, Marie-France Carlier, Guillaume Romet-Lemonne, Nature Communications (2013), doi:10.1038/ncomms2888.

 

Contact chercheur

• Guillaume Romet-Lemonne
  Laboratoire d'enzymologie et biochimie structurales (LEBS)
  UPR3082 CNRS
  CNRS - Bâtiment 34
  1 avenue de la terrasse
  91198 Gif-sur-Yvette Cedex