11. A RCHITECTURE ET MOTILITÉ CELLULAIRES 335
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
de microtubule. Ce dernier sert alors directement
de germe de polymérisation (ou amorce) en accrochant de nouveaux dimères à ses deux extrémités.
Ce phénomène de polymérisation spontanée in
vitro est d’abord fonction de la concentration en
tubuline dans la solution ; il se produit seulement
si un seuil critique de concentration est dépassé, à
la manière d’un processus de cristallisation. On
observe le phénomène inverse de dépolymérisation de microtubules constitués si la concentration
en dimères est diminuée par simple dilution, par
exemple : il s’agit donc d’un équilibre établi entre
dimères et édifices d’ordre supérieur. D’autres facteurs influent sur ces processus, tels que les basses
températures (inférieures à 4°C), les hautes pressions (supérieures à 250 kg/cm
2
), ou certains composés chimiques qui sont connus pour être des
agents dépolymérisants, in vivo comme in vitro. La
notion de microtubule labile signalée plus haut
découle de ces observations.
2.1.3. P ROPRIÉTÉS DYNAMIQUES DES MICROTUBULES
IN VITRO ET IN VIVO
La vitesse de polymérisation in vitro des microtubules est stimulée par le nucléoside triphosphate
GTP, qui leur confère en outre des propriétés particulières à cet égard. En sa présence, les deux
extrémités des amorces de microtubules utilisées
in vitro ne manifestent pas les mêmes caractéristiques de polymérisation (seuil de concentration
critique et vitesse d’allongement). Le GTP se lie à
la tubuline libre et forme un complexe qui se fixe
préférentiellement à une des deux extrémités du
microtubule, en raison de sa polarité structurale :
bien que la polymérisation de la tubuline ait simultanément lieu aux deux extrémités et soit un phénomène réversible, l’une des deux s’allonge
globalement plus vite que l’autre. De même, dans
les conditions de faible concentration en tubuline
libre qui favorisent la dépolymérisation, on
montre qu’une des deux extrémités du microtubule se raccourcit plus vite que l’autre. Il existe
une concentration remarquable in vitro pour
laquelle une extrémité s’allonge et l’autre se raccourcit, et ce, à la même vitesse. Si l’on admet que
le microtubule peut être «posé » sur un support, ce
phénomène conduit à son déplacement net, sans
modification de longueur (l’hydrolyse du GTP
constitue la source d’énergie du processus). On
parle de mécanisme de tapis roulant pour décrire
ceci et on est amené à définir une extrémité (+) et
une extrémité (–) au microtubule.
Bien que ce phénomène ait été invoqué pour
expliquer les propriétés dynamiques des microtubules dans la cellule animale, il semble cependant
acquis qu’il ne peut se produire in vivo. La cytologie
montre en effet que la plupart de ces derniers sont
ancrés par une de leurs extrémités au niveau de
structures stables qui font office de centres organisateurs ; cette extrémité bloquée est notée (–). Le
modèle de la dynamique des microtubules in vivo
est, schématiquement, le suivant : seule l’extrémité
libre (+) est capable de se polymériser et de se
dépolymériser réversiblement ; l’allongement a
lieu de façon lente à partir des dimères libres de
tubuline-GTP du cytoplasme et, en fonction de
leur concentration locale au niveau de cette extrémité, la polymérisation se poursuit ou pas. En dessous d’un certain seuil, la polymérisation cesse et
entraîne la dépolymérisation très rapide de tout le
microtubule ; la libération simultanée de dimères
de tubuline-GDP permet à d’autres microtubules
de s’allonger (après transformation en tubulineGTP). On parle d’instabilité dynamique.
Les observations les plus récentes, effectuées in
vivo sur des microtubules individuels marqués par
de la tubuline fluorescente injectée, au moyen de
systèmes de vidéo-amplification, confirment le
modèle et conduisent à se représenter les choses
de la manière suivante : à partir du foyer de
nucléation que constitue le centrosome (voir plus
loin), il faut imaginer à tout instant un «foisonnement» de microtubules dont certains s’allongent
lentement (1 µ m/min) tandis que d’autres se raccourcissent à grande vitesse (7 µ m/min). La
notion de microtubules labiles, évoquée plus haut,
prend alors tout son sens.
2.1.4. D ROGUES PERTURBANT LE CYTOSQUELETTE
MICROTUBULAIRE
Diverses substances à propriétés pharmacologiques, tirées de plantes réputées vénéneuses et
connues depuis fort longtemps, interfèrent avec
les microtubules dynamiques des cellules. La colchicine, alcaloïde extrait du colchique, entraîne
l’arrêt de la mitose dans les cellules en prolifération ; en se liant aux dimères de tubuline en solution, elle les empêche de participer à toute nouvelle
polymérisation de microtubules. Comme cette
fixation n’interfère pas avec la dépolymérisation,
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
de microtubule. Ce dernier sert alors directement
de germe de polymérisation (ou amorce) en accrochant de nouveaux dimères à ses deux extrémités.
Ce phénomène de polymérisation spontanée in
vitro est d’abord fonction de la concentration en
tubuline dans la solution ; il se produit seulement
si un seuil critique de concentration est dépassé, à
la manière d’un processus de cristallisation. On
observe le phénomène inverse de dépolymérisation de microtubules constitués si la concentration
en dimères est diminuée par simple dilution, par
exemple : il s’agit donc d’un équilibre établi entre
dimères et édifices d’ordre supérieur. D’autres facteurs influent sur ces processus, tels que les basses
températures (inférieures à 4°C), les hautes pressions (supérieures à 250 kg/cm
2
), ou certains composés chimiques qui sont connus pour être des
agents dépolymérisants, in vivo comme in vitro. La
notion de microtubule labile signalée plus haut
découle de ces observations.
2.1.3. P ROPRIÉTÉS DYNAMIQUES DES MICROTUBULES
IN VITRO ET IN VIVO
La vitesse de polymérisation in vitro des microtubules est stimulée par le nucléoside triphosphate
GTP, qui leur confère en outre des propriétés particulières à cet égard. En sa présence, les deux
extrémités des amorces de microtubules utilisées
in vitro ne manifestent pas les mêmes caractéristiques de polymérisation (seuil de concentration
critique et vitesse d’allongement). Le GTP se lie à
la tubuline libre et forme un complexe qui se fixe
préférentiellement à une des deux extrémités du
microtubule, en raison de sa polarité structurale :
bien que la polymérisation de la tubuline ait simultanément lieu aux deux extrémités et soit un phénomène réversible, l’une des deux s’allonge
globalement plus vite que l’autre. De même, dans
les conditions de faible concentration en tubuline
libre qui favorisent la dépolymérisation, on
montre qu’une des deux extrémités du microtubule se raccourcit plus vite que l’autre. Il existe
une concentration remarquable in vitro pour
laquelle une extrémité s’allonge et l’autre se raccourcit, et ce, à la même vitesse. Si l’on admet que
le microtubule peut être «posé » sur un support, ce
phénomène conduit à son déplacement net, sans
modification de longueur (l’hydrolyse du GTP
constitue la source d’énergie du processus). On
parle de mécanisme de tapis roulant pour décrire
ceci et on est amené à définir une extrémité (+) et
une extrémité (–) au microtubule.
Bien que ce phénomène ait été invoqué pour
expliquer les propriétés dynamiques des microtubules dans la cellule animale, il semble cependant
acquis qu’il ne peut se produire in vivo. La cytologie
montre en effet que la plupart de ces derniers sont
ancrés par une de leurs extrémités au niveau de
structures stables qui font office de centres organisateurs ; cette extrémité bloquée est notée (–). Le
modèle de la dynamique des microtubules in vivo
est, schématiquement, le suivant : seule l’extrémité
libre (+) est capable de se polymériser et de se
dépolymériser réversiblement ; l’allongement a
lieu de façon lente à partir des dimères libres de
tubuline-GTP du cytoplasme et, en fonction de
leur concentration locale au niveau de cette extrémité, la polymérisation se poursuit ou pas. En dessous d’un certain seuil, la polymérisation cesse et
entraîne la dépolymérisation très rapide de tout le
microtubule ; la libération simultanée de dimères
de tubuline-GDP permet à d’autres microtubules
de s’allonger (après transformation en tubulineGTP). On parle d’instabilité dynamique.
Les observations les plus récentes, effectuées in
vivo sur des microtubules individuels marqués par
de la tubuline fluorescente injectée, au moyen de
systèmes de vidéo-amplification, confirment le
modèle et conduisent à se représenter les choses
de la manière suivante : à partir du foyer de
nucléation que constitue le centrosome (voir plus
loin), il faut imaginer à tout instant un «foisonnement» de microtubules dont certains s’allongent
lentement (1 µ m/min) tandis que d’autres se raccourcissent à grande vitesse (7 µ m/min). La
notion de microtubules labiles, évoquée plus haut,
prend alors tout son sens.
2.1.4. D ROGUES PERTURBANT LE CYTOSQUELETTE
MICROTUBULAIRE
Diverses substances à propriétés pharmacologiques, tirées de plantes réputées vénéneuses et
connues depuis fort longtemps, interfèrent avec
les microtubules dynamiques des cellules. La colchicine, alcaloïde extrait du colchique, entraîne
l’arrêt de la mitose dans les cellules en prolifération ; en se liant aux dimères de tubuline en solution, elle les empêche de participer à toute nouvelle
polymérisation de microtubules. Comme cette
fixation n’interfère pas avec la dépolymérisation,