> Les métazoaires sont constitués d’un grand nombre de types cellulaires différents. Une division est dite asymétrique lorsqu’elle engendre des cellules filles d’identités différentes. Ainsi, la division asymétrique est un mode de diversification cellulaire fondamental au cours du développement [1], notamment pour permettre le maintien de cellules souches. L’un des mécanismes de divisions asymétriques nécessite l’acquisition d’une polarité cellulaire qui se manifeste par la localisation asymétrique de molécules, appelées déterminants cellulaires. Le fuseau s’oriente ensuite pour permettre la ségrégation des déterminants cellulaires dans une seule des cellules filles lui conférant ainsi une identité différente de sa sœur [2]. L’étude des divisions asymétriques chez les vertébrés et les invertébrés a mis en lumière le rôle conservé des protéines G hétérotrimériques au cours de ce processus. Les protéines G hétérotrimériques sont composées de trois sous-unités, a, b, g. La sous-unité a peut se lier au GDP ou au GTP. Lorsque Ga est liée au GDP et associée au dimère Gbg, il s’agit de la conformation inactive. Classiquement, les protéines G hétérotrimériques sont activées par des récepteurs à sept domaines transmembranaires. Lorsqu’un ligand se fixe au récepteur, celui-ci joue alors le rôle de facteur d’échange de guanine (GEF) et catalyse l’échange du GDP par du GTP sur la sous-unité Ga. Ga associé au GTP (Ga-GTP) se sépare de Gbg. Ga-GTP et Gbg activent différentes voies de signalisation [3]. L’étude des divisions a mis en lumière l’existence d’un nouveau mode d’activation des protéines G hétérotrimériques indépendant des récepteurs à sept domaines transmembranaires.

Nous étudions les mécanismes d’activation des protéines G hétérotrimériques lors de la division asymétrique de la cellule pI, précurseur des organes mécanosensoriels présents sur le thorax dorsal de drosophile. La cellule pI se divise asymétriquement pour donner naissance aux cellules pIIa et pIIb qui se divisent elles-mêmes asymétriquement pour donner naissance aux 4 cellules, neurone, soie, socle et gaine, de l’organe [4].

Avant la division asymétrique de la cellule pI, une polarité cellulaire est établie sous le contrôle de Frizzled (Fz) un récepteur à sept domaines transmembranaires, accumulé au cortex apical postérieur de la cellule pI. Frizzled est responsable de l’accumulation de différents complexes au cortex antérieur et postérieur de la cellule pI en division [5]. Un premier, composé de Partner of Inscuteable (Pins), Gai et Disc-large (Dlg), se localise au cortex antérieur. Un deuxième complexe composé de Bazooka (Baz, homologue de Par-3) et DmPar-6, ainsi que de la protéine kinase atypique DaPKC se localise au cortex postérieur. Ces deux complexes définissent deux domaines distincts mutuellement exclusifs, au cortex antérieur et postérieur. Ils permettent ainsi la localisation correcte des déterminants cellulaires Numb, et de sa protéine adaptatrice Partner of Numb (Pon) au cortex antérieur de la cellule pI [5] (Figure 1).

Figure 1. Les différentes étapes de la division asymétrique de la cellule pI. A. La polarité planaire de la cellule pI se manifeste par la localisation asymétrique postérieure de Fz (bleu). B. Fz permet alors la localisation du complexe Dlg-Pins-Gai (orange) au cortex antérieur et de Baz-DaPKC-Par6 (vert) au cortex postérieur. C. Ces complexes sont requis pour localiser asymétriquement au cortex antérieur les déterminants cellulaires Neuralized (Neur) et Numb ainsi que Partner of Numb (Pon), un adapteur de Numb. Neur, Numb et Pon sont représentés en violet. D. Le fuseau mitotique s’oriente ensuite afin de permettre la ségrégation de Neur, Numb et Pon uniquement dans la cellule antérieure qui adoptera l’identité pIIb.

 

Le mécanisme d’action du complexe Dlg/Pins/Gai est partiellement élucidé. Au pôle antérieur, Dlg interagit directement avec Pins et ancre ainsi Pins au cortex antérieur. Le modèle proposé est que Pins interagit directement avec Gai complexé au GDP et dissocie ainsi Gai -GDP du dimère formé de Gb13F et Gg1. La voie de signalisation Gbg est ainsi activée et un complexe Pins-Gai-GDP serait engendré au cortex antérieur de la cellule pI [6]. L’identification de Ric-8, une protéine cytoplasmique, comme interacteur direct de Gai et la caractérisation de son activité GEF pour Gai chez les mammifères [7] nous a poussé à analyser la fonction de son homologue de drosophile au cours de la division de la cellule pI. Cette étude nous a conduit à découvrir un rôle de Ric-8 dans la localisation des protéines G hétérotrimériques et à identifier un mécanisme d’orientation du fuseau mitotique dans le plan de l’épithélium [8].

 

Ric-8 est requis pour la localisation corticale de Gai et de Gb13F

Nous avons tout d’abord mis en évidence que Ric-8 était requis pour localiser Numb et Pins au cortex antérieur et pour exclure Baz du cortex antérieur. Ric-8 polarise donc la cellule pI et sa perte de fonction se traduit par un phénotype identique à celui de Gai. Cette étude a également permis d’observer un phénotype surprenant dans les cellules mutantes pour ric-8. En effet, en l’absence de Ric-8, les sous-unités Gai et Gb13F ne sont plus accumulées au cortex des cellules pI ainsi que des cellules épithéliales voisines. Les quantités de protéines Gai et Gb13F étant similaires dans les tissus sauvages et mutants pour ric-8, Ric-8 agirait sur la localisation de ces sous-unités. Nous avons ainsi identifié un nouveau rôle inattendu de Ric-8 : il contrôle la localisation de sous-unités des protéines G hétérotrimériques. Il a été montré que la formation du trimère Gabg ainsi que des modifications lipidiques des sous-unités Ga et Gg sont nécessaires à la localisation corticale des sous-unités Ga, Gb et Gg [9]. En tant que nouvel acteur dans la localisation corticale, Ric-8 pourrait agir sur une de ces deux étapes, la trimérisation ou les modifications lipidiques. Le rôle de Ric-8 dans la localisation corticale des protéines G hétérotrimériques a été confirmé par les groupes de J. Knoblich [10] et W. Chia [11] travaillant sur la drosophile et le groupe de P. Gonczy [12] travaillant sur le nématode. L’équipe de J. Knoblich [10] a de plus proposé que Ric-8 pourrait agir comme un chaperon pour permettre la formation du trimère.

 

Deux voies s’opposent pour contrôler l’orientation du fuseau mitotique

Lors des divisions asymétriques, l’orientation du fuseau mitotique permet la ségrégation des déterminants cellulaires dans une seule des cellule-filles (Figure 1). Au cours de la division de la cellule pI, le fuseau est orienté le long de l’axe antéro-postérieur et il est de plus légèrement incliné le long de l’axe apico-basal, le centrosome postérieur étant toujours plus apical que le centrosome antérieur. L’orientation le long de l’axe antéro-postérieur est dépendante de Fz [13], les mécanismes contrôlant l’orientation le long de l’axe apico-basal de l’épithélium étaient jusqu’à présent inconnus.

Ric-8, Pins et Gai contrôlant la polarité de la cellule pI, nous avons voulu savoir s’ils étaient nécessaires pour orienter le fuseau mitotique. Ric-8, Pins et Gai ne contrôlent pas l’orientation antéro-postérieure du fuseau mitotique dans la cellule pI. En revanche, dans les cellules mutantes pour ric-8, pins ou Gai, le fuseau mitotique est beaucoup plus incliné le long de l’axe apico-basal que dans les cellules sauvages, toujours avec le centrosome postérieur plus apical. Ainsi, la division n’a plus lieu dans le plan de l’épithélium et l’une des cellule-filles est plus apicale que l’autre. Gai et ses régulateurs, Pins et Ric-8, maintiennent donc le fuseau mitotique dans le plan de l’épithélium, lors de la division de la cellule pI. Fz exerce une activité antagoniste à celle de la voie de Gai pour contrôler l’inclinaison du fuseau mitotique. En effet dans les cellules doubles mutantes pour la voie de Gai, et pour fz, le fuseau mitotique devient plan. Fz est responsable de l’inclinaison du fuseau mitotique dans les cellules mutantes pour des acteurs de la voie de Gai. Fz est également responsable de la légère inclinaison du fuseau mitotique dans les cellules sauvages.

Notre étude permet de proposer un modèle à deux forces contrôlant l’orientation du fuseau mitotique dans les cellules pI (Figure 2). Fz contrôle l’orientation antéro-postérieure du fuseau mitotique et tend à l’incliner le long de l’axe apico-basal alors que la voie de signalisation de Gai assure le maintien du fuseau dans le plan de l’épithélium. Des travaux récents réalisés chez les vertébrés mettent en évidence que la voie de signalisation des récepteurs de la famille Fz [14] ainsi que les protéines G hétérotrimériques [15] orientent le fuseau mitotique au cours des divisions, symétriques ou asymétriques. L’orientation du fuseau mitotique dépend de forces de traction qui s’exercent sur les microtubules astraux du fuseau. La caractérisation des mécanismes moléculaires qui sous-tendent ces forces en aval du récepteur Fz ou des protéines G dans la cellule pI permettra une meilleure compréhension de mécanismes conservés d’orientation du fuseau mitotique. ‡

Figure 2. Modèle pour l’orientation du fuseau mitotique lors de la division asymétrique de la cellule pI. Représentation schématique de l’orientation du fuseau mitotique dans des cellules témoins, des cellules mutantes pour frizzled et des cellules mutantes pour pins, Gai ou ric-8. Dans les cellules sauvages, le fuseau est orienté le long de l’axe antéro-postérieur par Frizzled. Son orientation apico-basale dépend de deux activités antagonistes. Le fuseau est alors légèrement incliné dans le plan de l’épithélium. En l’absence de Frizzled, l’orientation antéro-postérieure du fuseau devient aléatoire et le fuseau devient plan. Dans les cellules mutantes pour pins, Gaiou ric-8, l’orientation antéro-postérieure du fuseau n’est pas altérée, néanmoins le fuseau est très incliné dans le plan de l’épithélium.

 

Références

1. Horvitz HR, Herskowitz I. Mechanisms of asymmetric cell division : two Bs or not two Bs, that is the question. Cell 1992 ; 68 : 237-55.

2. Ahringer J. Control of cell polarity and mitotic spindle positioning in animal cells. Curr Opin Cell Biol 2003 ; 15 : 73-81.

3. Wess J. G-protein-coupled receptors : molecular mechanisms involved in receptor activation and selectivity of G-protein recognition. FASEB J1997 ; 11 : 346-54.

4. Fichelson P, Gho M. The glial cell undergoes apoptosis in the microchaete lineage of Drosophila. Development 2003 ; 130 : 123-33.

5. Bellaiche Y, Radovic A, Woods DF, et al. The partner of Inscuteable/Discs-large complex is required to establish planar polarity during asymmetric cell division in Drosophila. Cell 2001 ; 106 : 355-66.

6. Bernard ML, Peterson YK, Chung P, et al. Selective interaction of AGS3 with G-proteins and the influence of AGS3 on the activation state of G-proteins. J Biol Chem 2001 ; 276 : 1585-93.

7. Tall GG, Krumins AM, Gilman AG. Mammalian Ric-8A (synembryn) is a heterotrimeric Galpha protein guanine nucleotide exchange factor. J Biol Chem 2003 ; 278 : 8356-62.

8. David N, Martin CA, Segalen M, et al. Drosophila Ric8 regulates Gai cortical localisation to promote Gai-dependent planar orientation of the mitotic spindle during asymmetric cell division. Nat Cell Biol 2005 ; 7 : 1083-90.

9. Michaelson D, Ahearn I, Bergo M, et al. Membrane trafficking of heterotrimeric G proteins via the endoplasmic reticulum and Golgi. Miol Biol Cell 2002 ; 13 : 3294-302.

10. Hampoelz B, Hoeller O, Bowman SK, et al. Drosophila Ric-8 is essential for plasma-membrane localization of heterotrimeric G proteins. Nat Cell Biol2005 ; 7 : 1099-105.

11. Wang H, Ng KH, Qian H, et al. Ric-8 controls Drosophila neural progenitor asymmetric division by regulating heterotrimeric G proteins. Nat Cell Biol 2005 ; 7 : 1091-8.

12. Afshar K, Willard FS, Colombo K, et al. Cortical localization of the Galpha protein GPA-16 requires RIC-8 function during C. elegans asymmetric cell division. Development 2005 ; 132 : 4449-59.

13. Gho M, Schweisguth F. Frizzled signalling controls orientation of asymmetric sense organ precursor cell divisions in Drosophila. Nature 1998 ; 393 : 178-81.

14. Gong Y, Mo C, Fraser SE. Planar cell polarity signalling controls cell division orientation during zebrafish gastrulation. Nature 2004 ; 430 : 689-93.

15. Du Q, Macara IG. Mammalian Pins is a conformational switch that links NuMA to heterotrimeric G proteins. Cell 2004 ; 119 : 503-16.