Physical mechanisms redirecting cell polarity and cell shape in fission yeast
Terenna CR, Makushok T, Velve-Casquillas G, Baigl D, Chen Y, Bornens M, Paoletti A, Piel M, Tran PT
Current Biology 18(22), 1748-53 (2008) [Accès à la revue]
Les levures fissipares ont une forme de bâtonnet. Au cours de leur cycle de division, elles s'allongent puis se coupent en deux, donnant deux bâtonnets de même longueur. Leur morphogenèse est donc intéressante: pour croître et se diviser tout en conservant une forme de bâtonnet, il faut une croissance polarisée. Comment ces cellules au cytosquelette très simple maintiennent-elles une croissance polarisée? Nous avons tenté d'apporter des éclaircissement à cette question en manipulant la forme des cellules à l'aide de micro-canaux. Des cellules normales ont été courbées, tandis que des mutants sphériques ont été forcés à s'étirer. Nous avons pu en conclure un modèle de travail: les microtubules, dont la taille est proche de la grande dimension de la cellule et qui sont très rigides, s'alignent avec le grand axe de la cellule. Leurs extrémités sont donc dirigées vers les bouts de la cellules. Ils y déposent des protéines qui induisent la croissance de la paroi cellulaire. Si les microtubules contactent de manière persistante des sites autres que le bout (cellules courbées), un nouveau bout se forme. Mais cela ne suffit pas. Il faut aussi que les protéines déposées par les microtubules restent en place. Si elles s'éloignent trop rapidement du site où elles ont été déposées, la cellules finira rapidement par devenir une sphère.
Abstract: The cylindrical rod shape of the fission yeast Schizosaccharomyces pombe is organized and maintained by interactions between the microtubule, cell membrane, and actin cytoskeleton [1]. Mutations affecting any components in this pathway lead to bent, branched, or round cells [2]. In this context, the cytoskeleton controls cell polarity and thus dictates cell shape. Here, we use soft-lithography techniques to construct microfluidic channels to control cell shape. We show that when wild-type rod-shaped cells are physically forced to grow in a bent fashion, they will reorganize their cytoskeleton and redirect cell polarity to make new ectopic cell tips. Moreover, when bent or round mutant cells are physically forced to conform to the wild-type rod-shape, they will reverse their mutational phenotypes by reorganizing their cytoskeleton to maintain proper wild-type-like localization of microtubules, cell-membrane proteins, and actin. Our study provides direct evidence that the cytoskeleton controls cell polarity and cell shape and demonstrates that cell shape also controls the organization of the cytoskeleton in a feedback loop. We present a model of the feedback loop to explain how fission yeast maintain a rod shape and how perturbation of specific parameters of the loop can lead to different cell shapes.
Thème : Thème 2007-2010 : Développement, tissus
Equipe : Biologie Systémique de la division et de la polarité cellulaire (CDC)