Lorsque nous parlons de mémoire en biologie, nous avons tendance à nous concentrer sur le cerveau et le stockage des informations dans les neurones. Mais bien d’autres souvenirs persistent dans nos cellules. Les cellules se souviennent de leur histoire de développement, si elles ont été exposées à des agents pathogènes, etc. Et cela soulève une question à laquelle il a été difficile de répondre : comment quelque chose d’aussi fondamental qu’une cellule conserve-t-il les informations à travers plusieurs divisions ?
Il n’y a pas de réponse unique et les détails sont très difficiles à régler dans de nombreux cas. Mais les scientifiques ont désormais mis au point un système de mémoire en détail. Les cellules sont capables de se souvenir des moments où leur parent a eu du mal à se diviser, un problème souvent associé aux dommages à l’ADN et au cancer. Et si les problèmes sont suffisamment importants, les deux cellules issues d’une division cesseront de se diviser.
Régler une minuterie
Dans les organismes multicellulaires, la division cellulaire est très soigneusement régulée. La division incontrôlée est la marque des cancers. Mais des problèmes avec les différents segments de division – des choses comme copier l’ADN, réparer tout dommage, s’assurer que chaque cellule fille reçoive le bon nombre de chromosomes – peuvent conduire à des mutations. Ainsi, le processus de division cellulaire comprend de nombreux points de contrôle où la cellule s’assure que tout a fonctionné correctement.
Mais si une cellule passe tous les points de contrôle, tout va probablement bien, n’est-ce pas ? Pas entièrement, comme il s’avère.
La mitose est la partie de la division cellulaire où les chromosomes dupliqués sont séparés en chacune des cellules filles. Passer beaucoup de temps en mitose peut signifier que les chromosomes ont subi des dommages, ce qui pourrait causer des problèmes à l’avenir. Et des recherches antérieures ont montré que certaines cellules dérivées de la rétine s’enregistreraient lorsque la mitose prendrait trop de temps et que les cellules filles cesseraient de se diviser.
Les nouveaux travaux, réalisés par une équipe de chercheurs d’Okinawa, du Japon et de San Diego, ont commencé par montrer que ce comportement ne se limitait pas aux cellules rétiniennes : il semble être une réponse générale à une mitose lente. Des expériences minutieuses de timing ont montré que plus les cellules passaient de temps à tenter de subir une mitose, plus les cellules filles avaient de chances d’arrêter de se diviser. Les chercheurs appellent ce système un « chronomètre mitotique ».
Alors, comment une cellule fait-elle fonctionner un chronomètre ? Ce n’est pas comme s’il pouvait demander à Siri de régler une minuterie : il est en grande partie limité à travailler avec des acides nucléiques et des protéines.
Il s’avère que, comme pour beaucoup de choses liées à la division cellulaire, la réponse se résume à une protéine nommée p53. C’est une protéine essentielle à de nombreuses voies qui détectent les dommages causés aux cellules et les empêchent de se diviser en cas de problèmes. (Vous vous en souviendrez peut-être grâce à notre récente couverture du développement des cellules souches d’éléphant.)
Un chronomètre fait de protéines
Les chercheurs ont découvert que, pendant la mitose, p53 commençait à apparaître dans un complexe avec deux autres protéines (la protéase 28 spécifique de l’ubiquitine et la protéine 1 de liaison à p53, nommée de manière créative). Si vous effectuiez des mutations dans l’une des protéines qui bloquaient la formation de ce complexe, le chronomètre mitotique s’arrêtait. Ce complexe de trois protéines n’a commencé à atteindre des niveaux significatifs que si la mitose prenait plus de temps que d’habitude, et il est resté stable une fois formé afin d’être transmis aux cellules filles une fois la division cellulaire terminée.
Alors pourquoi ce complexe se forme-t-il uniquement lorsque la mitose prend plus de temps que d’habitude ? La clé s’est avérée être une protéine appelée kinase, qui fixe un phosphate à d’autres protéines. Les chercheurs ont examiné des produits chimiques qui inhibent des kinases spécifiques actives pendant la mitose et la réparation de l’ADN et en ont trouvé un spécifique qui était nécessaire pour le chronomètre mitotique. En l’absence de cette kinase (PLK1, pour les curieux), le complexe triprotéique ne se forme pas.
Ainsi, les chercheurs pensent que le chronomètre ressemble à ceci : pendant la mitose, la kinase attache lentement un phosphate à l’une des protéines, lui permettant de former le complexe triprotéique. Si la mitose se fait assez rapidement, les niveaux de ce complexe ne deviennent pas très élevés et n’ont aucun effet sur la cellule. Mais si la mitose se déroule plus lentement, le complexe commence à se développer et il est suffisamment stable pour être toujours présent dans les deux cellules filles. L’existence du complexe aide à stabiliser la protéine p53, lui permettant d’arrêter les futures divisions cellulaires une fois qu’elle est présente à des niveaux suffisamment élevés.
Conformément à cette idée, les trois protéines du complexe sont des suppresseurs de tumeurs, ce qui signifie que leurs mutations rendent plus probable la formation de tumeurs. Les chercheurs ont confirmé que le chronomètre mitotique était fréquemment défectueux dans les échantillons de tumeurs.
C’est ainsi que les cellules individuelles parviennent à stocker l’un de leurs souvenirs : celui des problèmes de division cellulaire. Le chronomètre mitotique, cependant, n’est qu’un des systèmes de stockage de mémoire, avec des systèmes complètement distincts gérant différentes mémoires. Et, en même temps, un grand nombre d’autres voies alimentent également l’activité de p53. Ainsi, même si le chronomètre mitotique peut gérer efficacement un type spécifique de problème, il est intégré à de nombreux systèmes supplémentaires et complexes fonctionnant dans la cellule.
Science, 2024. DOI : 10.1126/science.add9528 (À propos des DOI).