Le kinétochore, un acteur inattendu des connexions neuronales

Des protéines du kinétochore dans des neurones

Le kinétochore est surtout connu pour son rôle au cours de la division cellulaire. Cet assemblage de protéines permet aux microtubules de s’accrocher aux chromosomes afin d’assurer leur répartition entre les deux cellules filles. Une mission a priori bien éloignée du fonctionnement des neurones, des cellules qui, une fois différenciées, ne se divisent plus.

Pourtant, plusieurs protéines du kinétochore restent présentes dans les prolongements des neurones après la fin de leur division. Alors à quoi peuvent-elles bien servir ? C’est la question que s’est posée Thomas Schwarz, chercheur au Boston Children’s Hospital et à la Harvard Medical School. 

Dans des neurones privés de certaines protéines du kinétochore, notamment NDC80 ou DSN1, son équipe a observé une nette augmentation de la densité des épines dendritiques, aussi bien dans des neurones de souris cultivés en laboratoire que dans le cortex de souris. Ces minuscules protrusions accueillent la majorité des synapses excitatrices et jouent ainsi un rôle essentiel dans la communication entre neurones.

Pour comprendre ce phénomène, l'équipe américaine souhaitait observer en temps réel le comportement des microtubules dans les épines dendritiques. 

Sur les conseils de Christophe Leterrier, chercheur à l’Institut de neurophysiopathologie de Marseille, Thomas Schwarz contacte alors Leticia Peris, chercheuse au Grenoble Institut des Neurosciences, dont l'expertise dans l'étude de la dynamique des microtubules est reconnue internationalement.  

« Notre hypothèse était que l’augmentation du nombre d’épines pouvait être liée à une augmentation de leur invasion par les microtubules », explique Leticia Peris.

Observer les microtubules en temps réel

Pour tester cette hypothèse, l’équipe américaine envoie à Grenoble depuis les États-Unis des neurones de souris congelés, ainsi que les outils génétiques nécessaires pour supprimer ou réintroduire la protéine NDC80. Cette méthode de conservation innovante permet à Leticia Peris de travailler directement sur les cellules conçues à Boston.

Avec Aditi Sharma et Martina Aleman, Leticia Peris met alors en place une expérience permettant d’observer simultanément les épines dendritiques et les extrémités des microtubules en croissance. En utilisant deux marqueurs fluorescents et un microscope confocal à disque rotatif (« spinning disk »), particulièrement adapté à l’imagerie rapide des cellules vivantes, les scientifiques peuvent suivre les microtubules lorsqu’ils quittent la dendrite pour pénétrer transitoirement dans une épine.

Les résultats confirment l’hypothèse de la chercheuse. En l’absence de NDC80, les microtubules deviennent plus dynamiques et envahissent plus fréquemment les épines dendritiques : en cinq minutes d’observation, la proportion d’épines visitées par un microtubule est plus de deux fois supérieure à celle mesurée dans les neurones témoins. Cette augmentation s’accompagne d’une hausse de 38 % de la densité des épines.

Mais l’expérience va plus loin. Lorsque les scientifiques réintroduisent une protéine NDC80 normale dans les neurones, la fréquence d’invasion des épines et leur nombre reviennent à leur niveau initial. En revanche, une version de NDC80 privée de la région qui lui permet de se lier aux microtubules ne produit pas cet effet.

« Ce résultat a vraiment changé la portée de l’étude », souligne Leticia Peris. « Il montre que NDC80 ne joue pas seulement un rôle indirect dans la formation des épines dendritiques : c’est bien sa capacité à interagir avec les microtubules qui est déterminante. »

Un frein à la formation des épines dendritiques

Dans les neurones matures, les protéines du kinétochore semblent donc agir comme un frein. En stabilisant l’extrémité des microtubules, elles limitent leur entrée dans les épines dendritiques et, par conséquent, la formation ou le maintien de ces structures. Lorsqu’elles disparaissent, les microtubules deviennent plus dynamiques, pénètrent davantage dans les épines et celles-ci deviennent plus nombreuses. 

Cette découverte révèle ainsi une étonnante continuité entre deux fonctions que tout semblait opposer. Au cours de la division cellulaire comme dans les neurones matures, les protéines du kinétochore interagissent avec les extrémités des microtubules. Mais elles mettent cette propriété au service de missions différentes : répartir les chromosomes dans un cas, participer à l’organisation des connexions neuronales dans l’autre.

Cette réutilisation d’une même machinerie moléculaire dans deux contextes très différents illustre la capacité du vivant à réaffecter des outils existants à de nouvelles fonctions.

Référence : 
Kinetochore proteins control microtubule dynamics in postmitotic neurons to regulate the formation of dendritic spines
Zhao G, Sharma A, Tang J, Aleman M, Liang X, Miner L, Qi J, Xiang W, Tian F, Goldberg Y, He Z, Shen K, Peris L, L Schwarz T. 
Proc Natl Acad Sci U S A. 2026 May 5;123(18):e2520684123. doi: 10.1073/pnas.2520684123. Epub 2026 Apr 27. PMID: 42044343; PMCID: PMC13132258.