Attachement des chromosomes et aneuploïdie – chromocatch

Le choix du modèle d’étude «levure» présente un avantage considérable, puisque ce type cellulaire possède les mêmes fonctions, en moins complexe, que celles retrouvées chez l’Homme. Ce modèle d’étude a permis aux chercheurs Paul Nurse, Tim Hunt et Lee Hartwell de découvrir les mécanismes fondamentaux du cycle cellulaire qui sont aussi présents chez l’homme (Prix Nobel de médecine en 2OO1). Lors de cette dernière décennie, les progrès de la technologie ont favorisés le développement d’outils puissants de microscopie associés à la vidéo. Ces développements permettent de suivre en temps réel le déroulement d’un processus biologique dans une cellule. L’utilisation de ces outils optiques, de la physique et des modèles d’études, comme celui de la levure nous permet d’observer, de disséquer les mécanismes et de mesurer la conséquence de mutations dans des gènes donnés sur la qualité et la manière dont la cellule opère pour séparer ses chromosomes.

Nous avons généré un modèle mathématique qui reproduit la séparation des chromosomes dans une cellule. Cette petite «machine« à séparer les chromosomes est entièrement générée à partir de mesures de vidéomicroscopie multi-couleur obtenues sur cellules vivantes. De façon intéressante, ce modèle est capable de séparer des chromosomes virtuels avec fidélité, de la même façon que le ferait une cellule et nous avons ainsi pu déterminer quels étaient les mécanismes essentiels pour qu'une cellule puisse séparer ses chromosomes dans un temps défini tout en s'assurant que chaque cellule fille reçoive un nombre correct de chromosomes. Notre modèle peut maintenant être utilisé pour prédire quels sont les acteurs clef qui vont permettre à toute cellule de maintenir un nombre constant de chromosomes au cours des multiples divisions cellulaires qu'elle aura à effectuer.

Le modèle que avons généré met en lumière que l'utilisation des mathématiques et de la physique nous permettra dans un futur proche de mieux comprendre comment une cellule se divise. Nous avons jusqu'à présent su développer un modèle qui reproduit la séparation des chromosomes mais bien d'autres processus prennent place dans une cellule en division. Dans le futur nous souhaiterions donc améliorer notre modèle pour qu'il prenne en compte les différents évènements qui ont lieu au cours d'une division cellulaire. Cet effort d'intégration de ces processus dans un même modèle nous permettra de mettre au jour de nouveaux mécanismes requis pour la survie de la cellule lors de sa division.

Nous venons de publier ce modèle mathématique dans un journal renommé de Biologie Cellulaire:
Gay et al. (2012); A stochastic model of kinetochore–microtubule attachment accurately describes chromosome segregation. J Cell Biol. Mar 19;196(6):757-74.
Un commentaire sur cet article (highlight) a aussi été publié le même mois dans ce journal:
Ben Short, Simulating segregation , J Cell Biol 2012 196:666.

La fidélité de la division cellulaire nécessite une coordination précise à la fois spatiale et temporelle entre la ségrégation des chromosomes et le plan de clivage de la cellule (cytocinèse). L’axe de ségrégation des chromosomes est défini par la position des centrosomes qui génèrent le fuseau mitotique. La cytocinèse s’effectue toujours de façon perpendiculaire à cet axe, une fois que la ségrégation des chromosomes est terminée. Ces différents événements sont coordonnés afin de prévenir l’apparition de cellules aneuploïdes, fréquemment observées dans les cancers ou les maladies génétiques. Les mécanismes qui conduisent à l’aneuploïdie sont encore mal connus mais peuvent provenir de deux causes : Un défaut de ségrégation des chromosomes ou encore un défaut de coordination entre ségrégation et cytocinèse. Par une combinaison d'approches génétiques, vidéo microscopiques et de modélisation biophysique notre projet porte sur la caractérisation des différents mécanismes conduisant à l’aneuploidie.