Mechanism and regulation of Bim1 interactions withthe S. cerevisiae outer kinetochore Ndc80 complex
Cette étude révèle que la protéine de suivi de l'extrémité plus des microtubules Bim1 interagit avec le complexe Ndc80 de S. cerevisiae via un motif conservé SxIP et un second site hélicoïdal pour renforcer les attaches aux microtubules, un processus qui est régulé par la phosphorylation médiée par la kinase Ipl1/Aurora B afin de faciliter la déstabilisation des connexions erronées entre le kinétochore et les microtubules lors de la correction d'erreurs.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Au sein de chaque cellule en division, une machine microscopique travaille avec une précision implacable pour s'assurer que le matériel génétique est copié et réparti équitablement entre deux nouvelles cellules filles. Cette machine repose sur une structure appelée kinétochore, un grand complexe protéique qui s'assemble sur le chromosome et agit comme un crochet, s'agrippant à de longs filaments fibreux appelés microtubules. Ces fibres forment un fuseau qui tire les chromosomes pour les séparer. Pour que ce processus fonctionne sans erreur, le kinétochore doit tenir assez fermement pour résister à la force de traction, tout en restant assez flexible pour lâcher prise s'il s'accroche au mauvais filament. Les cellules possèdent un système de contrôle qualité intégré, piloté par une enzyme spécifique, capable d'affaiblir ces connexions si elles ne sont pas parfaitement alignées, permettant ainsi à la cellule de réessayer. Bien que les scientifiques connaissent depuis longtemps les composants principaux de ce crochet et des fibres qu'il saisit, ils n'ont pas pleinement compris comment d'autres protéines auxiliaires assistent ce délicat équilibre ou comment le système de contrôle qualité de la cellule affine ces interactions.
Une équipe de chercheurs du Laboratoire de biologie moléculaire du MRC à Cambridge a maintenant mis au jour un lien auparavant caché entre deux acteurs clés de ce processus : une protéine appelée Bim1 et le composant principal de l'accrochage du kinétochore, connu sous le nom de complexe Ndc80. Bim1 est une protéine spécialisée qui recherche naturellement les extrémités croissantes des microtubules, agissant comme un éclaireur qui marque la fin de la fibre. Le complexe Ndc80 est la structure primaire qui attache physiquement le chromosome à cette fibre. Les chercheurs ont découvert que Bim1 ne se contente pas de rester aux abords de l'extrémité du microtubule ; elle cherche également à se lier directement au complexe Ndc80. Cette liaison n'est pas une collision aléatoire mais un « poignée de main » spécifique médiée par une courte séquence d'acides aminés conservée sur la protéine Ndc80. L'étude révèle que cette interaction est renforcée par un second point de contact, moins évident, créant un lien plus stable qui aide le kinétochore à s'agripper au microtubule avec une force plus grande.
Pour trouver cette connexion, les scientifiques ont mélangé des versions purifiées de ces protéines dans un tube à essai et ont observé leur comportement. Ils ont observé que lorsque Bim1 et le complexe Ndc80 étaient combinés, ils restaient collés ensemble, formant une unité plus grande qui se déplaçait différemment à travers un gel que les protéines individuelles. En utilisant une technique qui mesure la chaleur libérée lorsque les molécules se lient, ils ont déterminé que la connexion est relativement faible, ce qui est en fait une caractéristique plutôt qu'un défaut. Cette force modérée permet aux protéines de s'associer et de se dissocier rapidement, un trait nécessaire pour l'environnement dynamique d'une cellule en division. Les chercheurs ont ensuite utilisé l'imagerie avancée et la modélisation informatique pour voir exactement comment elles s'emboîtent. Ils ont découvert que la prise primaire est formée par un motif spécifique sur la protéine Ndc80, mais que cette prise seule ne suffit pas à expliquer la force du lien. Une seconde région de la protéine Ndc80, qui forme une petite forme hélicoïdale, s'enroule autour de la protéine Bim1 pour fournir une stabilité supplémentaire. Ce double point d'attache est ce qui permet au complexe de fonctionner efficacement dans la cellule.
L'étude a également exploré comment le système de correction d'erreurs de la cellule influence cette connexion. L'enzyme responsable de la vérification des erreurs, connue sous le nom d'Ipl1, ajoute des étiquettes chimiques appelées phosphates à des endroits spécifiques sur la protéine Ndc80. Les chercheurs ont découvert que lorsque ces étiquettes sont ajoutées, la forme de la protéine Ndc80 change légèrement, et sa capacité à se maintenir à Bim1 s'affaiblit considérablement. Cela suggère un mécanisme clair de la manière dont la cellule peut desserrer une attache défectueuse : en modifiant la protéine Ndc80, la cellule réduit la prise de la protéine auxiliaire Bim1, rendant plus facile la rupture et la réinitialisation de la connexion. Cette découverte apporte une nouvelle couche de compréhension sur la manière dont les cellules assurent une séparation correcte des chromosomes, prévenant le chaos génétique qui peut mener à des maladies.
Dans une dernière série d'expériences, l'équipe a testé si cette interaction aide réellement le kinétochore à se maintenir au microtubule sous une contrainte physique. En utilisant un piège optique hautement sensible qui agit comme une paire de pinces microscopiques, ils ont mesuré la force requise pour détacher le complexe Ndc80 d'un microtubule. Ils ont constaté que lorsque Bim1 était présente, la connexion pouvait supporter une force nettement plus importante avant de rompre. Cependant, lorsqu'ils ont testé une version de la protéine Ndc80 incapable de se lier à Bim1, la connexion était plus faible. Cela a confirmé que l'interaction entre Bim1 et Ndc80 renforce directement l'attache entre le chromosome et la fibre du fuseau. Curieusement, les chercheurs ont également découvert que cet effet de renforcement ne se combine pas avec une autre protéine auxiliaire appelée Dam1 pour créer un lien encore plus fort ; au contraire, elles semblent fonctionner via des voies distinctes ou entrer en compétition pour le même espace.
Les chercheurs ont également examiné ce qui se passe à l'intérieur de cellules vivantes de levure pour voir si cette interaction est essentielle à la vie. Ils ont créé des souches de levures où la capacité de Ndc80 à se lier à Bim1 était perturbée, soit en supprimant le site de liaison, soit en imitant la phosphorylation qui affaiblit le lien. Étonnamment, ces cellules de levure ont grandi et se sont divisées normalement, suggérant que bien que cette interaction aide à renforcer la connexion, elle n'est pas strictement requise pour la survie de la cellule. Cela implique que le lien Bim1-Ndc80 sert de mécanisme de soutien, aidant peut-être à établir la connexion initiale ou fournissant une sécurité supplémentaire lors des premières étapes de la division, plutôt que d'être le seul fondement du processus. Ce travail souligne la complexité de la machinerie cellulaire, montrant que même des systèmes bien étudiés comme la ségrégation des chromosomes reposent sur un réseau d'interactions subtiles et régulées que les scientifiques commencent à peine à cartographier.
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