La photolyase et le cryptochrome

De retour en France, je travaille maintenant sur l'horloge circadienne, où comment perçoit-on les rythmes jour-nuit? Plus précisément, j'étudie une protéine "le cryptochrome" et son rôle dans le fonctionnement de l'horloge circadienne chez la Drosophile. Le cryptochrome est une protéine sensible à la lumière, capable de capter des photons pour modifier son activité. Son rôle principal est de remettre tous les jours l'horloge à l'heure. Dés que la lumière s'allume la protéine cryptochrome s'active et entraîne la dégradation d'une autre protéine clef de l'horloge : Timeless (TIM). Comment cela marche? Le cryptochrome fait partie d'une famille de protéines qui comprend les photolyases. Les photolyases sont des protéines capable de capter des photons de la lumière et qui s'en servent pour réparer des dommages sur l'ADN. Ici on voit en trois dimensions la structure d'une photolyase obtenue à partir de sa cristallisation. On distingue un domaine N-terminal et un domaine C-terminal. La photolyase a reconnu une lésion sur l'ADN (double hélice en bas) et s'y est accrochée grâce aux acides aminés en rose (CPD). Les acides aminés en jaune interagissent avec le MTHF qui est un cofacteur qui permet à la protéine de fonctionner. La photolyase interagit également avec une petite molécule: le FAD (au centre en vert) grâce aux résidus en vert. Une réaction chimique complexe se produit grâce aux photons de la lumière et un échange d'électron avec le FAD, qui aboutit à la réparation de la lésion sur l'ADN. Le cryptochrome a conservé ces domaines d'interaction avec le FAD. On suppose que l'action du cryptochrome en réponse à la lumière fait intervenir des mécanismes similaires à ceux observés pour la photolyase. Cependant beaucoup de choses restent encore à découvrir concernant le cryptochrome. 

Le centriole

C'est un film réalisé en 3D cette fois, qui montre le centriole au sein d'une cellule. Au même titre que le réticulum endoplasmique (en orange), le golgi (en vert) ou les mitochondries (en rose), le centrosome est un petit organelle de la cellule. C'est le centrosome qui organise les microtubules. Les microtubules (en jaune) constituent une sorte de réseau dans la cellule sur lequel on peut s'arrimer pour se déplacer. Mais ce sont surtout eux qui vont "tirer" les chromosomes, lors de la division cellulaire, dans chaque cellules filles. En fait, le centrosome est constitué d'un "nuage" amorphe de protéines appelées PCM pour PeriCentriolarMaterial (en rouge). Au centre des PCM se trouve une paire de centrioles constituée d'un centriole mère (mother centriole) et d'un centriole fille (daughter centriole). Les centrioles sont de petits cylindres de 200 nm de long chez la Drosophile (mouche du vinaigre). Ils sont formés de 9 triplets de microtubules (sorte de petit tube, en jaune). Au centre du centriole fille se trouve une autre structure appelée "cartwheel" qui possède également 9 branches. On connait peu de chose sur le centriole et notamment le mécanisme de sa formation reste une énigme à découvrir. C'était l'objet de mon travail lorsque j'étais en post doc à Havard Medical School.

La vie du centriole

C'est la version "dynamique" du cycle du centriole (cf. plus bas). Le centriole est un petit organelle de la cellule. Il est constitué de 9 triplets de microtubules (sorte de petits tubes, en jaune) qui s'organisent en cylindre. En phase S la cellule multiplie son ADN et duplique également tous ces organelles. A ce moment, le centriole mère (mother centriole) déclenche la fabrication d'un centriole fille (daughter centriole). Chez la drosophile (mouche du vinaigre) le centriole fille est organisé autour d'une structure appelée "cartwheel" (en bleu) car elle ressemble à une roue de chariot. Le centriole mère est entouré d'un "nuage" de protéines appelé PCM (en rouge) pour PeriCentriolar Material. En mitose, la phase durant laquelle la cellule se divise, le volume des PCM augmente. C'est à partir des PCM que sont généré les microtubules (en rose), sorte de fils qui vont accrocher les chromosomes pour les répartir dans chaque cellules filles. Dans les cellules ciliées, le centriole mère se transforme en corps basal (basal body), il perd notamment les PCM, et grandit. Il migre ensuite vers la membrane cellulaire et s'y accroche. Un axonème, sorte de squellette du cil croit à partir des microtubules du centriole.

note: le film original est une animation flash de meilleur qualité, mais j'ai du convertir le fichier en avi pour la publication sur youtube. 

Les cellules ciliées

Ces dessins réalisés en 3D représentent les différents types cellulaires qui possèdent des cils. Pour chacun d'entre eux, un encart montre une vue rapprochée du centriole (en rouge). Le centriole est situé à la base du cil et donne naissance à l'axonème (en jaune), le squelette du cil. Tout d'abord, une cellule indifférenciée avec ces deux centrioles. Ensuite, des cellules épithéliales pourvues d'un très grand nombre de cils. Enfin, c'est un neurone qui possède également un cil; suivi d'un spermatozoïde dont le flagelle est en fait une structure ciliaire.

cellule avec ces deux centrioles (en rouge)

cellules épithéliales pourvues de nombreux cils

neurone avec un cil

spermatozoïde dont le flagelle est un cil généré à partir du centriole (en rouge)

Le centriole et la Drosophile

Voici deux illustrations un peu surréalistes autour du centriole et de la Drosophile.

Le centriole est un petit organelle de la cellule que j'ai étudié durant mon post-doc a Harvard (cf. le cycle du centriole). La Drosophile, ou mouche du vinaigre, est un organisme modèle utilisé pour la recherche fondamentale.

La première représente un centriole sur lequel s'est posé une Drosophile. Le centriole de Drosophile mesure 200 nm de long, la Drosophile est 10 000 fois plus grosse puisqu'elle mesure 2.5 à 3 mm. La mouche sur le sol représente un mutant dépourvu de centriole. En l'absence de centriole, la mouche n'a plus de cil et perd donc la conscience de ces membres. Elle n'a plus du tout  de coordination, elle est incapable de marcher ou de voler.

La deuxième image montre au premier plan un couple de centrioles observés au microscope confocal. Ces centrioles présents dans les cellules germinales du mâle, sont un peu spéciaux puisqu'ils sont géants. Ils peuvent mesurer jusqu'à 2 µm de long. Au second plan, c'est un dessin qui représente leur structure réelle qui ne peut pas être observée au microscope à fluorescence. Au dernier plan c'est une photo de Drosophile au microscope électronique à balayage (prise sur internet). 

Les spermatozoides de Drosophile

montage photo montrant un testis de Drosophile entouré des différents stades de formation des spermatozoïdes

Cette illustration est un montage photo à partir d'observations faites au microscope confocal. Au centre se trouve la photo d'un testis (organe servant à la fabrication des spermatozoïdes) de Drosophile (petite mouche du vinaigre). Tout autour ce sont des photos des différents stades de différenciation des spermatozoïdes. Le noyau (qui contient le matériel génétique) est coloré en bleu,  en vert c'est le centriole qui donne naissance au flagelle coloré en rouge. Le fagelle est un cil mobile qui permet au spermatozoïde de se déplacer. J'ai réaliser ce montage pour le proposer pour faire la couverture de Genetics lorsque j'ai publié mes résultats. En réalité c'est l'une de mes photos plus "classique" de spermatozoïdes observés au microscope confocal qui a été choisie (en dessous).

couverture de Genetics de mai 2009

le cycle du centriole

J'ai réalisé cette illustration lors de mon post-doc à Harvard pour montrer les différentes fonctions du centriole. Son rôle le plus connu est durant la division cellulaire (ou mitose). En effet c'est lui qui génère les microtubules, sorte de fils, qui "tirent" les chromosomes dans chacune des cellules filles. Mais son rôle ne s’arrête pas la. Dans les cellules ciliées, le centriole migre vers la membrane cellulaire, s'y attache et entraine la formation de l'axonème. L'axonème est un long tube central qui constitue le squelette du cil. En phase S du cycle cellulaire, les cellules dupliquent leur ADN. Elles doivent également dupliquer chacun de leurs organelles et notamment le centriole afin que chaque cellules filles héritent de tout le matériel nécessaire. Le mécanisme par lequel un centriole donne naissance à un autre centriole est très peu connu et c’était le sujet de mon travail à Boston.

le centriole fait son cinema

Lorsque j’étais en post-doc a Harvard, je travaillais sur le centriole. Le centriole est un tout petit organelle présent dans presque toutes les cellules. Il est constitué de 9 triplets de microtubules (sorte de petits tubes) eux mêmes organisés en cylindre.

J'ai réalisé ces affiches d'inspiration Hollywoodiennes pour les "happy hours" organisées par notre labo. 

le centriole nemo

les 101 centrioles

la belle et le centriole

le centriole s'envole