Une étude, dont les résultats intitulés «GTP-dependent formation of straight tubulin oligomers leads to microtubule nucleation» sont publiés dans la revue Journal of Cell Biology, ont permis, en combinant des approches cinétiques, structurales et d’analyses mathématiques de montrer que la nucléation des cellules eucaryotes est corrélée à la formation d’oligomères rectilignes de tubuline et de suggèrer que les facteurs cellulaires favorisant la nucléation stabilisent ce type d’oligomères.

Relevons tout d'abord que, dans les cellules eucaryotes, les microtubules «sont des filaments du cytosquelette impliqués dans des fonctions majeures telles que la mitose ou le transport intracellulaire». Ces microtubules «sont des cylindres creux constitués de tubuline, l'une des protéines les plus abondantes de la cellule». Leur dynamique, «c’est-à-dire l’alternance de phases d’élongation et de rétrécissement», régulée par de nombreux facteurs cellulaires, est «cependant une propriété intrinsèque de la tubuline, que l’on peut reproduire in vitro à partir de tubuline purifiée et en présence de GTP».

Alors que «l’étape de genèse des microtubules appelée nucléation» est «un des aspects les moins bien compris de la dynamique des microtubules», la difficulté «de produire la tubuline sous forme recombinante» ayant pendant longtemps été un frein à l'analyse de la dynamique des microtubules, l'étude ici présentée a «tiré avantage d’une méthode originale d’expression de tubuline en cellules d’insectes», qui a conduit, dans un premier temps, à identifier «une mutation ponctuelle de la tubuline qui facilite l’assemblage en microtubules» et, dans un second temps, à mener une analyse «comparative de la tubuline 'mutée' et de la tubuline 'sauvage'».

Ainsi, «la cristallographie aux rayons X a permis de confirmer le rôle d’un acide aminé (tyrosine) dans l’assemblage». Concrètement, «en présence de GDP, ce résidu interagit avec une boucle de la chaine polypeptidique de la tubuline et maintient cette protéine dans un état 'inactif'» et «à la fixation du GTP, cette interaction est rompue, activant la tubuline pour l’assemblage».

Cependant, chez le mutant, «où la tyrosine est remplacée par une phénylalanine», l’interaction ne peut pas se faire «même en présence de GDP, ce qui conduit à une tubuline 'super-compétente' pour l’assemblage». Il faut souligner ici que ces propriétés d’assemblage dépendent essentiellement de «la présence ou l’absence (tyrosine ou phénylalanine) d’un groupement hydroxyle dans cette protéine d’environ 900 amino-acides».

L'étude a «également visualisé par microscopie électronique les petits oligomères de tubuline qui se forment avant l’apparition des microtubules» en employant une technique de fixation rapide ('rapid flush negative stain electron microscopy') qui préserve les structures présentes en solution». Il est ainsi apparu que, «alors qu’une grande majorité des oligomères sont courbes quel que soit le nucléotide, en présence de GTP, une petite proportion d’entre eux sont droits» et que «cette proportion augmente chez le mutant qui s’assemble plus facilement».

Enfin, «l'analyse mathématique de l’ensemble des données cinétiques et de microscopie indique que le 'noyau' qui donnera le microtubule est un arrangement de 4 molécules de tubuline pour le sauvage contre 6 molécules pour le mutant».